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BAWMerkblatt: Bewertung der Tragfähigkeit bestehender ... · Beton oder Mauerwerk) unterschieden...

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. BAWMerkblatt Bewertung der Tragfähigkeit bestehender, massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016
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Page 1: BAWMerkblatt: Bewertung der Tragfähigkeit bestehender ... · Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilität ist Zur Sicherstellung

BAWMerkblatt

Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016

Karlsruhe ∙ Juli 2016 ∙ ISSN 2192-5380

BAW-Merkblaumltter und -Richtlinien Herausgeber

Bundesanstalt fuumlr Wasserbau (BAW) Kuszligmaulstraszlige 17 76187 Karlsruhe

Postfach 21 02 53 76152 Karlsruhe

Tel 0721 9726-0 Fax 0721 9726-4540

infobawde wwwbawde

Verfasser

Bundesanstalt fuumlr Wasserbau (BAW) Abteilung Bautechnik

Uumlbersetzung Nachdruck ndash auch auszugsweise ndash nur mit Genehmigung des Herausgebers copy BAW 2016

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016

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Inhaltsverzeichnis Seite

1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich 1

2 Allgemeines 1 21 Definitionen 1 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken 4 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen 4

3 Grundlagen und Ausgangsbasis 7 31 Bestandsaufnahme 7 311 Bestandsunterlagen 7 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion 7 313 Messungen 7 32 Einwirkungen 7 321 Staumlndige Einwirkungen 7 322 Veraumlnderliche Einwirkungen 8 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen 10 33 Baustoffe 11 331 Beton 11 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A 11 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C 12 332 Betonstahl 15 333 Mauerwerk 18 334 Baugrund 18

4 Statische Berechnungen 18 41 Stufen A und B 18 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen 18 412 Geotechnische Nachweise 20 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton

oder Mauerwerk 20 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten 22 42 Untersuchungen in Stufe C 23 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse 23 422 Probabilistische Tragwerksanalyse 24 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise 24 424 Risikoanalyse 25

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten 25

Literatur 26

Bezugsregelwerke 27

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Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungsstufen A bis C 6

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Wasserstraszligenklasse (TRANSSC 3R153) 9

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) 11

Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestigkeitsklassen von 1972 bis 2001 12

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt) 15

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden 16

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden 17

Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A 19

Bildverzeichnis

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung) 5

Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Wasser γF (Beispiel Schleusenkammerwand) 9

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung 20

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt 21

Anlagenverzeichnis

Anlage 1 Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes TbW

Anlage 2 Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkennwerte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Anlage 3 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbei-werten

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1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich (1) Das Merkblatt dient der Untersuchung und Bewertung der Tragfaumlhigkeit und ggf Gebrauchstaug-

lichkeit bestehender massiver Wasserbauwerke Die Veranlassung fuumlr diese Untersuchung ist nicht Gegenstand des Merkblatts

(2) Das Ziel des Merkblatts besteht darin eine strukturierte und einheitliche Vorgehensweise fuumlr die Bewertung bestehender Wasserbauwerke sicherzustellen Dem Tragwerksplaner eroumlffnet das Merkblatt durch spezielle Regelungen und Vorgaben fuumlr die Tragfaumlhigkeitsuntersuchung und Bewer-tung bestehender Bauwerke einen erweiterten Handlungsspielraum und bietet die Moumlglichkeit Tragwerksreserven staumlrker herauszuarbeiten ohne das nach DIN EN 1990 geforderte Zuverlaumlssig-keitsniveau einzuschraumlnken Das Merkblatt umfasst die statische Untersuchung und Bewertung be-stehender Wasserbauwerke im Sinne der DIN 19702 im Bereich der Bundeswasserstraszligen die nicht nach aktuellem Normungsstand geplant bzw errichtet wurden und aumllter als 10 Jahre sind Die Anwendung ist auch zulaumlssig im Rahmen von Instandsetzungen gemaumlszlig Abschnitt 21 Absatz (7) ggf auch bei sich aumlndernden Einwirkungen wenn dabei das Tragsystem im Massivbau erhalten bleibt und daran keine wesentlichen Eingriffe vorgenommen werden

(3) Die Anwendung des Merkblatts ist nicht zulaumlssig zum Nachweis der Tragfaumlhigkeit von Neubauten die fehlerhaft konzipiert bzw ausgefuumlhrt wurden

(4) Normenbasis ist die geltende DIN 19702 mit den dort genannten Bezugsnormen in den jeweils ak-tuellen Fassungen Ferner sind ndash soweit einschlaumlgig ndash die Regelungen des TR-W zu beruumlcksichti-gen Wenn im Text keine besonderen Hinweise erfolgen sind bei Normennennung immer die z Zt geltenden Ausgaben gemeint Die Nennung der Eurocodes umfasst immer auch die jeweiligen Nati-onalen Anhaumlnge

(5) Grundlage der statischen Nachweise bildet vorrangig das semiprobabilistische Sicherheitskonzept (Teilsicherheitskonzept) Die mitunter modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte und Nachweisformate werden in den einzelnen Unterabschnitten angegeben ggf koumlnnen bzw muumlssen bei entsprechen-der Datenlage separate Ableitungen passender Teilsicherheitsbeiwerte nach DIN EN 1990 erfolgen

(6) In Anlage 1 sind ergaumlnzende Erlaumluterungen und Hinweise zusammengestellt die bei der Anwen-dung des Merkblatts hilfreich sind

2 Allgemeines

21 Definitionen

(1) Es gelten ndash wenn hier nicht anders vereinbart ndash die Begriffsdefinitionen gemaumlszlig DIN EN 1990 Hin-sichtlich der Bezeichnung von Bauwerken und Bauwerksteilen an Wasserbauten sowie sonstiger wasserbaulicher Begriffe wird auf das BAW-Merkblatt Bauwerksinspektion (2010) und auf DIN 4054 sowie DIN 4048 verwiesen

(2) Aktualisierung Uumlberpruumlfung und Ergaumlnzung von Informationen zum Bauwerk bezuumlglich der Einwirkungen (Lasten Geometrie Gelaumlndehoumlhen Materialdichten usw) der Widerstaumlnde (Abmessungen Stoffkennwerte usw) und des Tragsystems durch vertiefte Untersuchungen vor Ort und im Labor (Messungen Ma-terialproben u a)

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(3) Dauerhaftigkeit Eigenschaft eines Tragsystems zur Begrenzung der zeitabhaumlngigen Veraumlnderungen der tragwerks-relevanten Eigenschaften (Korrosion Erosion usw) Dauerhaftigkeit ist die notwendige Vorausset-zung dafuumlr dass Tragwerke fuumlr eine bestimmte Nutzungsdauer tragfaumlhig und gebrauchstauglich sind

(4) Duktilitaumlt (vgl auch Abschnitt 22 (2)) Duktilitaumlt ist das Verformungs- bzw Plastifizierungsvermoumlgen bestimmter Bauteilbereiche das vor Eintritt eines Bauteilversagens zu erkennbaren Veraumlnderungen am Tragwerk fuumlhrt und somit ein ploumltzliches oder sproumldes Versagen nicht erwarten laumlsst Es kann in Anlehnung an DIN EN 1998-1 zwischen globaler Duktilitaumlt eines Tragsystems (abhaumlngig u a vom statischen System und der Ver-sagensform z B Knicken) und der oumlrtlichen Duktilitaumlt bezuumlglich eines einzelnen Bemessungsquer-schnitts (abhaumlngig u a von der plastischen Rotationskapazitaumlt bzw Bauart wie z B Stahlbeton Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilitaumlt ist gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 bei Balken aus Stahlbeton eine Mindestbewehrung und bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen eine Mindestdruckzone mit edh le 04 erforderlich

(5) Gebrauchstauglichkeit Gebrauchstauglichkeit im Sinne von DIN EN 1990 ist die Faumlhigkeit des Tragwerks die planmaumlszligige Nutzung entsprechend festgelegter Bedingungen zu ermoumlglichen Bei Wasserbauwerken gehoumlren dazu vorrangig die Begrenzung von Rissbildung und Verformungen sowie eine ausreichende und dauerhafte Undurchlaumlssigkeit der Konstruktion

(6) Inspektionsakte Die Bauwerksinspektionsakte fuumlr ein Bauwerk des Verkehrswasserbaus wird vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt nach VV-WSV 2101 gefuumlhrt und aktualisiert Sie sollte neben den im Rahmen der Bauwerksinspektion erstellten Pruumlfberichten auch alle fuumlr die Inspektion erfor-derlichen Angaben zum Bauwerk einschlieszliglich Bestandsplaumlnen sowie eine den allgemein aner-kannten Regeln der Technik entsprechende Bestandsstatik enthalten ferner Messprogramme nach VV-WSV 2602 fuumlr regelmaumlszligig stattfindende Inspektionsmessungen mit Messergebnissen usw

(7) Instandsetzung Grundinstandsetzung Instandsetzung (wie DIN EN 1990 Abschnitt 15221) Planmaumlszligige und auszligerplanmaumlszligige Maszlig-nahmen zur Wiederherstellung oder Erhaltung der Tragfaumlhigkeit bzw Gebrauchstauglichkeit des Bauwerks die uumlber Maszlignahmen der Bauwerksunterhaltung hinausgehen Fuumlr Instandsetzungen wird nachfolgend von einer Nutzungsdauer von rund 30 Jahren ausgegangen Grundinstandsetzung Wesentliche Instandsetzung des Tragwerks mit dem Ziel als Alternative zum Neubau seine Funktionsfaumlhigkeit (seinen Zweck) fuumlr eine erneute geplante Nutzungsdauer (von in der Regel 80 bis 100 Jahren) herzustellen und ggf Verbesserungen am Tragwerk im Sinne von DIN 31051 herbeizufuumlhren Statische Nachweise haben dabei nach dem fuumlr den Neubau geltenden Re-gelwerk zu erfolgen

(8) Nutzungsdauer Geplante Nutzungsdauer (wie DIN EN 1990 Abschnitt 1528) Angenommene Zeitdauer innerhalb der ein Tragwerk unter Beruumlcksichtigung vorgesehener Instandhaltungsmaszlignahmen fuumlr seinen vor-gesehenen Zweck genutzt werden soll ohne dass jedoch eine wesentliche auszligerplanmaumlszligige In-standsetzung erforderlich ist Restnutzungsdauer Nutzungsdauer eines bestehenden Bauwerks bis zum Ende seiner Nutzungs-faumlhigkeit Sofern keine Anzeichen oder Analysen (auch Neuberechnungen) fuumlr eine zeitliche Nut-

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zungsgrenze vorliegen ist die Restnutzungsdauer die Differenzzeit zwischen Betrachtungszeitpunkt und Ende der geplanten Nutzungsdauer

(9) Robustheit Robustheit (Schadenstoleranz) ist die Eigenschaft eines Tragwerks unvorhergesehenen bzw unbe-ruumlcksichtigten Beanspruchungen oder Ausfaumlllen zielgerecht zu widerstehen Ein normengemaumlszliger Entwurf fuumlhrt nicht automatisch zu robusten Tragwerken Der Begriff Robustheit bei Tragwerken oder Tragwerksteilen umfasst nicht nur die Faumlhigkeit nicht ploumltzlich d h ohne Vorankuumlndigung zu versagen Robustheit ergibt sich auch dann wenn sich Schaumldigungen oder Versagen auf ein Aus-maszlig begrenzen welches in einem vertretbaren Verhaumlltnis zur Ursache steht Dies bedeutet dass beispielsweise ein lokaler Schaden nicht zu einem Versagen des gesamten Tragwerks fuumlhren darf Wird dieses Verstaumlndnis auf groszlige Tragwerke uumlbertragen so koumlnnen diese nur dann als robust gel-ten wenn der Ausfall eines Tragwerkteils nicht zum Einsturz des Bauwerks fuumlhrt Kriterien fuumlr die Robustheit eines Tragwerks sind minus Redundanz bei Tragwerksteilen minus zusaumltzliche uumlber die Normforderung hinausgehende rechnerische Tragfaumlhigkeit minus zusaumltzliche Duktilitaumlt in den Querschnitten minus statische Unbestimmtheit des statischen Systems minus nicht sproumldes Versagen von Querschnitten minus monolithische Bauweise des Bauwerks minus kraftflussorientierte Form und Kompaktheit des Tragwerks (minimale Oberflaumlche) minus fehlerunanfaumlllige Herstellbarkeit des Bauwerks

Weitere Hinweise zum Begriff Robustheit sind in Poumltzl (1996) Muumlllers (2007) Kraumltzig et al (2007) enthalten

(10) Tragfaumlhigkeit Unter dem Begriff Tragfaumlhigkeit ist allgemein die Sicherheit gegen Stoumlrungen des mechanischen Gleichgewichts der inneren und aumluszligeren Kraumlfte an einem Tragwerk bzw Tragsystem oder seiner Teile zu verstehen Ein Tragwerk ist dann ausreichend tragfaumlhig wenn es mit angemessener Zuver-laumlssigkeit den erwarteten Einwirkungen widersteht die waumlhrend seiner Nutzung auftreten koumlnnen Ein Synonym fuumlr Tragfaumlhigkeit ist der Begriff Standsicherheit oder Tragsicherheit Die Tragfaumlhigkeit ist am Tragwerk als Ganzes mit geotechnischen Nachweisen nach DIN EN 1997 (z B Grundbruch Gelaumlndebruch Gleit- Lagesicherheit usw entsprechende Grenzzustaumlnde HYD UPL GEO EQU) und in maszliggebenden Querschnitten durch einzelne Bauteile (z B Biege- und Querkraftversagen Materialermuumldung usw entsprechende Grenzzustaumlnde STR FAT) zu untersuchen

(11) Risiko Unter technischem Risiko versteht man nach ISO 13824 allgemein die Kombination aus Haumlufigkeit oder Wahrscheinlichkeit des Versagens eines Bauwerks und der Auswirkung dieses Versagens im Hinblick auf Schaumlden fuumlr Leib und Leben von Menschen materielle und auch ideelle Verluste Um-weltschaumlden etc Mathematisch laumlsst sich das Risiko als Produkt aus Versagenswahrscheinlichkeit und Schadenshoumlhe definieren Unter dem Vergleichs- oder Grenzrisiko versteht man denjenigen Wert der von der Gesellschaft gerade noch toleriert wird Bei Einhaltung desselben Wertes fuumlr das Grenzrisiko ist allgemein fuumlr ein groszliges Bauwerk mit hohem Gefaumlhrdungspotential die Einhaltung einer geringen Versagenswahrscheinlichkeit (hohe Tragfaumlhigkeit) erforderlich waumlhrend fuumlr ein klei-nes Bauwerk mit geringerem Schadensausmaszlig von der Gesellschaft eine houmlhere Versagenswahr-scheinlichkeit (geringere Tragfaumlhigkeit) akzeptiert wird

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22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

(1) Massive Wasserbauwerke besitzen uumlberwiegend dicke Querschnitte und zeichnen sich oft durch ein raumlumliches Tragverhalten aus Bei der statischen Modellierung sind diese Besonderheiten entspre-chend zu beruumlcksichtigen

(2) Aufgrund der Eigenheiten von Wasserbauwerken weisen deren Bauteile meist ein duktiles Bauteil-verhalten auf insbesondere dann wenn minus eine Mindestbewehrung zur Aufnahme des Rissmomentes nach DIN EN 1992-1-1 vorhanden

ist oder minus bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen die Lastexzentrizitaumlt edh le 04 ist oder minus scheiben- bzw plattenfoumlrmige Querschnitte mit massigen Abmessungen (Dicke gt 08 m) vor-

liegen oder minus es bei Tragwerken mit Erddrucklasten Bettungen bzw vergleichbaren Baugrundeffekten vor

Eintritt des Gesamtversagens zu maszliggebenden Lastumlagerungen mit erkennbaren Verfor-mungen kommt

Kein duktiles Bauteilverhalten ist gegeben wenn die maszliggebenden Grenzzustaumlnde durch Stabili-taumltsversagen oder Materialermuumldung im Bewehrungsstahl bestimmt werden

(3) Bei Schiffsschleusen ist zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge zyklische Beanspru-chungen mit teilweise groszligen rechnerischen Spannungsschwingbreiten auftreten so dass bei hohen Lastspielzahlen entsprechende Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren sind

(4) Die bei aumllteren Wasserbauwerken haumlufig anzutreffende zonierte Bauweise ist bei der ggf notwendi-gen Materialuntersuchung einschlieszliglich Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung entsprechend zu beruumlcksichtigen

(5) Lasten aus Wasserdruck gehoumlren zu den wichtigsten Einwirkungen und werden durch oberirdische Gewaumlsser bzw durch anstehendes Grundwasser hervorgerufen Sie wirken als Lasten zunaumlchst auf die jeweilige Bauteiloberflaumlche (aumluszligerer Wasserdruck) Aufgrund der geringen aber immer vorhan-denen Durchlaumlssigkeit des jeweiligen Bauwerkskoumlrpers infolge von Porositaumlt Rissbildung undichter Arbeitsfugen u a dringt Wasser in den Querschnitt ein was zur Bildung eines inneren Wasser-drucks fuumlhrt der nach DIN 19702 als Riss- und Porenwasserdruck bei den Nachweisen im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit zu beruumlcksichtigen ist

23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

(1) Bei der Untersuchung zur Bewertung der Tragfaumlhigkeit nach diesem Merkblatt handelt es sich um ein gestuftes Verfahren bei dem der Untersuchungsaufwand am Bauwerk sowie die Nachweisfuumlh-rung modifiziert werden Das Vorgehen ist in drei Stufen A B und C gemaumlszlig Bild 1 eingeteilt Die den Untersuchungsstufen zugeordneten Bearbeitungsschritte sind in Tabelle 1 aufgelistet Das be-schriebene dreistufige Verfahren stellt ein grundsaumltzliches Vorgehensprinzip dar und ist jeweils an die speziellen Bedingungen am konkreten Objekt anzupassen Es kann sinnvoll sein bei entspre-chender Sachlage auf die Bearbeitung der Stufe A zu verzichten und mit Stufe B zu beginnen Ggf kann bereits nach Stufe A das Untersuchungsergebnis so eindeutig sein dass sich eine weitere Un-tersuchung eruumlbrigt bzw Handlungsbedarf hinsichtlich erforderlicher Sicherungsmaszlignahmen be-steht Die Bearbeitungsschritte in der Stufe C umfassen teilweise wissenschaftliche nicht standardisierte Verfahren und Methoden und erfordern eine gutachterliche Bearbeitung

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(2) Die Untersuchungen und Nachrechnung sind von einem im Wasserbau erfahrenen Tragwerksplaner durchzufuumlhren

(3) Die Bearbeitungsergebnisse sind in jeder einzelnen Untersuchungsstufe vollstaumlndig und in uumlber-sichtlicher Form in einem Bericht zu dokumentieren Fuumlr die Bewertung sind neben der vollstaumlndigen Dokumentation die wesentlichen Berechnungsergebnisse in einer komprimierten schriftlichen und grafischen Darstellung auf Basis von Auslastungsgraden (Verhaumlltnis aus vorhandener Beanspru-chung und Widerstand) dargestellt fuumlr Bemessungsschnitte im untersuchten Querschnitt zusam-menzufassen

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung)

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Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungs-stufen A bis C

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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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Karlsruhe ∙ Juli 2016 ∙ ISSN 2192-5380

BAW-Merkblaumltter und -Richtlinien Herausgeber

Bundesanstalt fuumlr Wasserbau (BAW) Kuszligmaulstraszlige 17 76187 Karlsruhe

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Verfasser

Bundesanstalt fuumlr Wasserbau (BAW) Abteilung Bautechnik

Uumlbersetzung Nachdruck ndash auch auszugsweise ndash nur mit Genehmigung des Herausgebers copy BAW 2016

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016

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Inhaltsverzeichnis Seite

1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich 1

2 Allgemeines 1 21 Definitionen 1 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken 4 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen 4

3 Grundlagen und Ausgangsbasis 7 31 Bestandsaufnahme 7 311 Bestandsunterlagen 7 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion 7 313 Messungen 7 32 Einwirkungen 7 321 Staumlndige Einwirkungen 7 322 Veraumlnderliche Einwirkungen 8 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen 10 33 Baustoffe 11 331 Beton 11 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A 11 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C 12 332 Betonstahl 15 333 Mauerwerk 18 334 Baugrund 18

4 Statische Berechnungen 18 41 Stufen A und B 18 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen 18 412 Geotechnische Nachweise 20 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton

oder Mauerwerk 20 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten 22 42 Untersuchungen in Stufe C 23 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse 23 422 Probabilistische Tragwerksanalyse 24 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise 24 424 Risikoanalyse 25

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten 25

Literatur 26

Bezugsregelwerke 27

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II

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungsstufen A bis C 6

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Wasserstraszligenklasse (TRANSSC 3R153) 9

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) 11

Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestigkeitsklassen von 1972 bis 2001 12

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt) 15

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden 16

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden 17

Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A 19

Bildverzeichnis

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung) 5

Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Wasser γF (Beispiel Schleusenkammerwand) 9

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung 20

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt 21

Anlagenverzeichnis

Anlage 1 Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes TbW

Anlage 2 Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkennwerte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Anlage 3 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbei-werten

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1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich (1) Das Merkblatt dient der Untersuchung und Bewertung der Tragfaumlhigkeit und ggf Gebrauchstaug-

lichkeit bestehender massiver Wasserbauwerke Die Veranlassung fuumlr diese Untersuchung ist nicht Gegenstand des Merkblatts

(2) Das Ziel des Merkblatts besteht darin eine strukturierte und einheitliche Vorgehensweise fuumlr die Bewertung bestehender Wasserbauwerke sicherzustellen Dem Tragwerksplaner eroumlffnet das Merkblatt durch spezielle Regelungen und Vorgaben fuumlr die Tragfaumlhigkeitsuntersuchung und Bewer-tung bestehender Bauwerke einen erweiterten Handlungsspielraum und bietet die Moumlglichkeit Tragwerksreserven staumlrker herauszuarbeiten ohne das nach DIN EN 1990 geforderte Zuverlaumlssig-keitsniveau einzuschraumlnken Das Merkblatt umfasst die statische Untersuchung und Bewertung be-stehender Wasserbauwerke im Sinne der DIN 19702 im Bereich der Bundeswasserstraszligen die nicht nach aktuellem Normungsstand geplant bzw errichtet wurden und aumllter als 10 Jahre sind Die Anwendung ist auch zulaumlssig im Rahmen von Instandsetzungen gemaumlszlig Abschnitt 21 Absatz (7) ggf auch bei sich aumlndernden Einwirkungen wenn dabei das Tragsystem im Massivbau erhalten bleibt und daran keine wesentlichen Eingriffe vorgenommen werden

(3) Die Anwendung des Merkblatts ist nicht zulaumlssig zum Nachweis der Tragfaumlhigkeit von Neubauten die fehlerhaft konzipiert bzw ausgefuumlhrt wurden

(4) Normenbasis ist die geltende DIN 19702 mit den dort genannten Bezugsnormen in den jeweils ak-tuellen Fassungen Ferner sind ndash soweit einschlaumlgig ndash die Regelungen des TR-W zu beruumlcksichti-gen Wenn im Text keine besonderen Hinweise erfolgen sind bei Normennennung immer die z Zt geltenden Ausgaben gemeint Die Nennung der Eurocodes umfasst immer auch die jeweiligen Nati-onalen Anhaumlnge

(5) Grundlage der statischen Nachweise bildet vorrangig das semiprobabilistische Sicherheitskonzept (Teilsicherheitskonzept) Die mitunter modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte und Nachweisformate werden in den einzelnen Unterabschnitten angegeben ggf koumlnnen bzw muumlssen bei entsprechen-der Datenlage separate Ableitungen passender Teilsicherheitsbeiwerte nach DIN EN 1990 erfolgen

(6) In Anlage 1 sind ergaumlnzende Erlaumluterungen und Hinweise zusammengestellt die bei der Anwen-dung des Merkblatts hilfreich sind

2 Allgemeines

21 Definitionen

(1) Es gelten ndash wenn hier nicht anders vereinbart ndash die Begriffsdefinitionen gemaumlszlig DIN EN 1990 Hin-sichtlich der Bezeichnung von Bauwerken und Bauwerksteilen an Wasserbauten sowie sonstiger wasserbaulicher Begriffe wird auf das BAW-Merkblatt Bauwerksinspektion (2010) und auf DIN 4054 sowie DIN 4048 verwiesen

(2) Aktualisierung Uumlberpruumlfung und Ergaumlnzung von Informationen zum Bauwerk bezuumlglich der Einwirkungen (Lasten Geometrie Gelaumlndehoumlhen Materialdichten usw) der Widerstaumlnde (Abmessungen Stoffkennwerte usw) und des Tragsystems durch vertiefte Untersuchungen vor Ort und im Labor (Messungen Ma-terialproben u a)

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(3) Dauerhaftigkeit Eigenschaft eines Tragsystems zur Begrenzung der zeitabhaumlngigen Veraumlnderungen der tragwerks-relevanten Eigenschaften (Korrosion Erosion usw) Dauerhaftigkeit ist die notwendige Vorausset-zung dafuumlr dass Tragwerke fuumlr eine bestimmte Nutzungsdauer tragfaumlhig und gebrauchstauglich sind

(4) Duktilitaumlt (vgl auch Abschnitt 22 (2)) Duktilitaumlt ist das Verformungs- bzw Plastifizierungsvermoumlgen bestimmter Bauteilbereiche das vor Eintritt eines Bauteilversagens zu erkennbaren Veraumlnderungen am Tragwerk fuumlhrt und somit ein ploumltzliches oder sproumldes Versagen nicht erwarten laumlsst Es kann in Anlehnung an DIN EN 1998-1 zwischen globaler Duktilitaumlt eines Tragsystems (abhaumlngig u a vom statischen System und der Ver-sagensform z B Knicken) und der oumlrtlichen Duktilitaumlt bezuumlglich eines einzelnen Bemessungsquer-schnitts (abhaumlngig u a von der plastischen Rotationskapazitaumlt bzw Bauart wie z B Stahlbeton Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilitaumlt ist gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 bei Balken aus Stahlbeton eine Mindestbewehrung und bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen eine Mindestdruckzone mit edh le 04 erforderlich

(5) Gebrauchstauglichkeit Gebrauchstauglichkeit im Sinne von DIN EN 1990 ist die Faumlhigkeit des Tragwerks die planmaumlszligige Nutzung entsprechend festgelegter Bedingungen zu ermoumlglichen Bei Wasserbauwerken gehoumlren dazu vorrangig die Begrenzung von Rissbildung und Verformungen sowie eine ausreichende und dauerhafte Undurchlaumlssigkeit der Konstruktion

(6) Inspektionsakte Die Bauwerksinspektionsakte fuumlr ein Bauwerk des Verkehrswasserbaus wird vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt nach VV-WSV 2101 gefuumlhrt und aktualisiert Sie sollte neben den im Rahmen der Bauwerksinspektion erstellten Pruumlfberichten auch alle fuumlr die Inspektion erfor-derlichen Angaben zum Bauwerk einschlieszliglich Bestandsplaumlnen sowie eine den allgemein aner-kannten Regeln der Technik entsprechende Bestandsstatik enthalten ferner Messprogramme nach VV-WSV 2602 fuumlr regelmaumlszligig stattfindende Inspektionsmessungen mit Messergebnissen usw

(7) Instandsetzung Grundinstandsetzung Instandsetzung (wie DIN EN 1990 Abschnitt 15221) Planmaumlszligige und auszligerplanmaumlszligige Maszlig-nahmen zur Wiederherstellung oder Erhaltung der Tragfaumlhigkeit bzw Gebrauchstauglichkeit des Bauwerks die uumlber Maszlignahmen der Bauwerksunterhaltung hinausgehen Fuumlr Instandsetzungen wird nachfolgend von einer Nutzungsdauer von rund 30 Jahren ausgegangen Grundinstandsetzung Wesentliche Instandsetzung des Tragwerks mit dem Ziel als Alternative zum Neubau seine Funktionsfaumlhigkeit (seinen Zweck) fuumlr eine erneute geplante Nutzungsdauer (von in der Regel 80 bis 100 Jahren) herzustellen und ggf Verbesserungen am Tragwerk im Sinne von DIN 31051 herbeizufuumlhren Statische Nachweise haben dabei nach dem fuumlr den Neubau geltenden Re-gelwerk zu erfolgen

(8) Nutzungsdauer Geplante Nutzungsdauer (wie DIN EN 1990 Abschnitt 1528) Angenommene Zeitdauer innerhalb der ein Tragwerk unter Beruumlcksichtigung vorgesehener Instandhaltungsmaszlignahmen fuumlr seinen vor-gesehenen Zweck genutzt werden soll ohne dass jedoch eine wesentliche auszligerplanmaumlszligige In-standsetzung erforderlich ist Restnutzungsdauer Nutzungsdauer eines bestehenden Bauwerks bis zum Ende seiner Nutzungs-faumlhigkeit Sofern keine Anzeichen oder Analysen (auch Neuberechnungen) fuumlr eine zeitliche Nut-

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zungsgrenze vorliegen ist die Restnutzungsdauer die Differenzzeit zwischen Betrachtungszeitpunkt und Ende der geplanten Nutzungsdauer

(9) Robustheit Robustheit (Schadenstoleranz) ist die Eigenschaft eines Tragwerks unvorhergesehenen bzw unbe-ruumlcksichtigten Beanspruchungen oder Ausfaumlllen zielgerecht zu widerstehen Ein normengemaumlszliger Entwurf fuumlhrt nicht automatisch zu robusten Tragwerken Der Begriff Robustheit bei Tragwerken oder Tragwerksteilen umfasst nicht nur die Faumlhigkeit nicht ploumltzlich d h ohne Vorankuumlndigung zu versagen Robustheit ergibt sich auch dann wenn sich Schaumldigungen oder Versagen auf ein Aus-maszlig begrenzen welches in einem vertretbaren Verhaumlltnis zur Ursache steht Dies bedeutet dass beispielsweise ein lokaler Schaden nicht zu einem Versagen des gesamten Tragwerks fuumlhren darf Wird dieses Verstaumlndnis auf groszlige Tragwerke uumlbertragen so koumlnnen diese nur dann als robust gel-ten wenn der Ausfall eines Tragwerkteils nicht zum Einsturz des Bauwerks fuumlhrt Kriterien fuumlr die Robustheit eines Tragwerks sind minus Redundanz bei Tragwerksteilen minus zusaumltzliche uumlber die Normforderung hinausgehende rechnerische Tragfaumlhigkeit minus zusaumltzliche Duktilitaumlt in den Querschnitten minus statische Unbestimmtheit des statischen Systems minus nicht sproumldes Versagen von Querschnitten minus monolithische Bauweise des Bauwerks minus kraftflussorientierte Form und Kompaktheit des Tragwerks (minimale Oberflaumlche) minus fehlerunanfaumlllige Herstellbarkeit des Bauwerks

Weitere Hinweise zum Begriff Robustheit sind in Poumltzl (1996) Muumlllers (2007) Kraumltzig et al (2007) enthalten

(10) Tragfaumlhigkeit Unter dem Begriff Tragfaumlhigkeit ist allgemein die Sicherheit gegen Stoumlrungen des mechanischen Gleichgewichts der inneren und aumluszligeren Kraumlfte an einem Tragwerk bzw Tragsystem oder seiner Teile zu verstehen Ein Tragwerk ist dann ausreichend tragfaumlhig wenn es mit angemessener Zuver-laumlssigkeit den erwarteten Einwirkungen widersteht die waumlhrend seiner Nutzung auftreten koumlnnen Ein Synonym fuumlr Tragfaumlhigkeit ist der Begriff Standsicherheit oder Tragsicherheit Die Tragfaumlhigkeit ist am Tragwerk als Ganzes mit geotechnischen Nachweisen nach DIN EN 1997 (z B Grundbruch Gelaumlndebruch Gleit- Lagesicherheit usw entsprechende Grenzzustaumlnde HYD UPL GEO EQU) und in maszliggebenden Querschnitten durch einzelne Bauteile (z B Biege- und Querkraftversagen Materialermuumldung usw entsprechende Grenzzustaumlnde STR FAT) zu untersuchen

(11) Risiko Unter technischem Risiko versteht man nach ISO 13824 allgemein die Kombination aus Haumlufigkeit oder Wahrscheinlichkeit des Versagens eines Bauwerks und der Auswirkung dieses Versagens im Hinblick auf Schaumlden fuumlr Leib und Leben von Menschen materielle und auch ideelle Verluste Um-weltschaumlden etc Mathematisch laumlsst sich das Risiko als Produkt aus Versagenswahrscheinlichkeit und Schadenshoumlhe definieren Unter dem Vergleichs- oder Grenzrisiko versteht man denjenigen Wert der von der Gesellschaft gerade noch toleriert wird Bei Einhaltung desselben Wertes fuumlr das Grenzrisiko ist allgemein fuumlr ein groszliges Bauwerk mit hohem Gefaumlhrdungspotential die Einhaltung einer geringen Versagenswahrscheinlichkeit (hohe Tragfaumlhigkeit) erforderlich waumlhrend fuumlr ein klei-nes Bauwerk mit geringerem Schadensausmaszlig von der Gesellschaft eine houmlhere Versagenswahr-scheinlichkeit (geringere Tragfaumlhigkeit) akzeptiert wird

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22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

(1) Massive Wasserbauwerke besitzen uumlberwiegend dicke Querschnitte und zeichnen sich oft durch ein raumlumliches Tragverhalten aus Bei der statischen Modellierung sind diese Besonderheiten entspre-chend zu beruumlcksichtigen

(2) Aufgrund der Eigenheiten von Wasserbauwerken weisen deren Bauteile meist ein duktiles Bauteil-verhalten auf insbesondere dann wenn minus eine Mindestbewehrung zur Aufnahme des Rissmomentes nach DIN EN 1992-1-1 vorhanden

ist oder minus bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen die Lastexzentrizitaumlt edh le 04 ist oder minus scheiben- bzw plattenfoumlrmige Querschnitte mit massigen Abmessungen (Dicke gt 08 m) vor-

liegen oder minus es bei Tragwerken mit Erddrucklasten Bettungen bzw vergleichbaren Baugrundeffekten vor

Eintritt des Gesamtversagens zu maszliggebenden Lastumlagerungen mit erkennbaren Verfor-mungen kommt

Kein duktiles Bauteilverhalten ist gegeben wenn die maszliggebenden Grenzzustaumlnde durch Stabili-taumltsversagen oder Materialermuumldung im Bewehrungsstahl bestimmt werden

(3) Bei Schiffsschleusen ist zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge zyklische Beanspru-chungen mit teilweise groszligen rechnerischen Spannungsschwingbreiten auftreten so dass bei hohen Lastspielzahlen entsprechende Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren sind

(4) Die bei aumllteren Wasserbauwerken haumlufig anzutreffende zonierte Bauweise ist bei der ggf notwendi-gen Materialuntersuchung einschlieszliglich Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung entsprechend zu beruumlcksichtigen

(5) Lasten aus Wasserdruck gehoumlren zu den wichtigsten Einwirkungen und werden durch oberirdische Gewaumlsser bzw durch anstehendes Grundwasser hervorgerufen Sie wirken als Lasten zunaumlchst auf die jeweilige Bauteiloberflaumlche (aumluszligerer Wasserdruck) Aufgrund der geringen aber immer vorhan-denen Durchlaumlssigkeit des jeweiligen Bauwerkskoumlrpers infolge von Porositaumlt Rissbildung undichter Arbeitsfugen u a dringt Wasser in den Querschnitt ein was zur Bildung eines inneren Wasser-drucks fuumlhrt der nach DIN 19702 als Riss- und Porenwasserdruck bei den Nachweisen im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit zu beruumlcksichtigen ist

23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

(1) Bei der Untersuchung zur Bewertung der Tragfaumlhigkeit nach diesem Merkblatt handelt es sich um ein gestuftes Verfahren bei dem der Untersuchungsaufwand am Bauwerk sowie die Nachweisfuumlh-rung modifiziert werden Das Vorgehen ist in drei Stufen A B und C gemaumlszlig Bild 1 eingeteilt Die den Untersuchungsstufen zugeordneten Bearbeitungsschritte sind in Tabelle 1 aufgelistet Das be-schriebene dreistufige Verfahren stellt ein grundsaumltzliches Vorgehensprinzip dar und ist jeweils an die speziellen Bedingungen am konkreten Objekt anzupassen Es kann sinnvoll sein bei entspre-chender Sachlage auf die Bearbeitung der Stufe A zu verzichten und mit Stufe B zu beginnen Ggf kann bereits nach Stufe A das Untersuchungsergebnis so eindeutig sein dass sich eine weitere Un-tersuchung eruumlbrigt bzw Handlungsbedarf hinsichtlich erforderlicher Sicherungsmaszlignahmen be-steht Die Bearbeitungsschritte in der Stufe C umfassen teilweise wissenschaftliche nicht standardisierte Verfahren und Methoden und erfordern eine gutachterliche Bearbeitung

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(2) Die Untersuchungen und Nachrechnung sind von einem im Wasserbau erfahrenen Tragwerksplaner durchzufuumlhren

(3) Die Bearbeitungsergebnisse sind in jeder einzelnen Untersuchungsstufe vollstaumlndig und in uumlber-sichtlicher Form in einem Bericht zu dokumentieren Fuumlr die Bewertung sind neben der vollstaumlndigen Dokumentation die wesentlichen Berechnungsergebnisse in einer komprimierten schriftlichen und grafischen Darstellung auf Basis von Auslastungsgraden (Verhaumlltnis aus vorhandener Beanspru-chung und Widerstand) dargestellt fuumlr Bemessungsschnitte im untersuchten Querschnitt zusam-menzufassen

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung)

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Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungs-stufen A bis C

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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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12

Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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13

tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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16

(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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19

Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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20

412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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21

Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016

I

Inhaltsverzeichnis Seite

1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich 1

2 Allgemeines 1 21 Definitionen 1 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken 4 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen 4

3 Grundlagen und Ausgangsbasis 7 31 Bestandsaufnahme 7 311 Bestandsunterlagen 7 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion 7 313 Messungen 7 32 Einwirkungen 7 321 Staumlndige Einwirkungen 7 322 Veraumlnderliche Einwirkungen 8 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen 10 33 Baustoffe 11 331 Beton 11 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A 11 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C 12 332 Betonstahl 15 333 Mauerwerk 18 334 Baugrund 18

4 Statische Berechnungen 18 41 Stufen A und B 18 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen 18 412 Geotechnische Nachweise 20 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton

oder Mauerwerk 20 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten 22 42 Untersuchungen in Stufe C 23 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse 23 422 Probabilistische Tragwerksanalyse 24 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise 24 424 Risikoanalyse 25

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten 25

Literatur 26

Bezugsregelwerke 27

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II

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungsstufen A bis C 6

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Wasserstraszligenklasse (TRANSSC 3R153) 9

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) 11

Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestigkeitsklassen von 1972 bis 2001 12

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt) 15

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden 16

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden 17

Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A 19

Bildverzeichnis

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung) 5

Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Wasser γF (Beispiel Schleusenkammerwand) 9

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung 20

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt 21

Anlagenverzeichnis

Anlage 1 Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes TbW

Anlage 2 Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkennwerte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Anlage 3 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbei-werten

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1

1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich (1) Das Merkblatt dient der Untersuchung und Bewertung der Tragfaumlhigkeit und ggf Gebrauchstaug-

lichkeit bestehender massiver Wasserbauwerke Die Veranlassung fuumlr diese Untersuchung ist nicht Gegenstand des Merkblatts

(2) Das Ziel des Merkblatts besteht darin eine strukturierte und einheitliche Vorgehensweise fuumlr die Bewertung bestehender Wasserbauwerke sicherzustellen Dem Tragwerksplaner eroumlffnet das Merkblatt durch spezielle Regelungen und Vorgaben fuumlr die Tragfaumlhigkeitsuntersuchung und Bewer-tung bestehender Bauwerke einen erweiterten Handlungsspielraum und bietet die Moumlglichkeit Tragwerksreserven staumlrker herauszuarbeiten ohne das nach DIN EN 1990 geforderte Zuverlaumlssig-keitsniveau einzuschraumlnken Das Merkblatt umfasst die statische Untersuchung und Bewertung be-stehender Wasserbauwerke im Sinne der DIN 19702 im Bereich der Bundeswasserstraszligen die nicht nach aktuellem Normungsstand geplant bzw errichtet wurden und aumllter als 10 Jahre sind Die Anwendung ist auch zulaumlssig im Rahmen von Instandsetzungen gemaumlszlig Abschnitt 21 Absatz (7) ggf auch bei sich aumlndernden Einwirkungen wenn dabei das Tragsystem im Massivbau erhalten bleibt und daran keine wesentlichen Eingriffe vorgenommen werden

(3) Die Anwendung des Merkblatts ist nicht zulaumlssig zum Nachweis der Tragfaumlhigkeit von Neubauten die fehlerhaft konzipiert bzw ausgefuumlhrt wurden

(4) Normenbasis ist die geltende DIN 19702 mit den dort genannten Bezugsnormen in den jeweils ak-tuellen Fassungen Ferner sind ndash soweit einschlaumlgig ndash die Regelungen des TR-W zu beruumlcksichti-gen Wenn im Text keine besonderen Hinweise erfolgen sind bei Normennennung immer die z Zt geltenden Ausgaben gemeint Die Nennung der Eurocodes umfasst immer auch die jeweiligen Nati-onalen Anhaumlnge

(5) Grundlage der statischen Nachweise bildet vorrangig das semiprobabilistische Sicherheitskonzept (Teilsicherheitskonzept) Die mitunter modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte und Nachweisformate werden in den einzelnen Unterabschnitten angegeben ggf koumlnnen bzw muumlssen bei entsprechen-der Datenlage separate Ableitungen passender Teilsicherheitsbeiwerte nach DIN EN 1990 erfolgen

(6) In Anlage 1 sind ergaumlnzende Erlaumluterungen und Hinweise zusammengestellt die bei der Anwen-dung des Merkblatts hilfreich sind

2 Allgemeines

21 Definitionen

(1) Es gelten ndash wenn hier nicht anders vereinbart ndash die Begriffsdefinitionen gemaumlszlig DIN EN 1990 Hin-sichtlich der Bezeichnung von Bauwerken und Bauwerksteilen an Wasserbauten sowie sonstiger wasserbaulicher Begriffe wird auf das BAW-Merkblatt Bauwerksinspektion (2010) und auf DIN 4054 sowie DIN 4048 verwiesen

(2) Aktualisierung Uumlberpruumlfung und Ergaumlnzung von Informationen zum Bauwerk bezuumlglich der Einwirkungen (Lasten Geometrie Gelaumlndehoumlhen Materialdichten usw) der Widerstaumlnde (Abmessungen Stoffkennwerte usw) und des Tragsystems durch vertiefte Untersuchungen vor Ort und im Labor (Messungen Ma-terialproben u a)

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(3) Dauerhaftigkeit Eigenschaft eines Tragsystems zur Begrenzung der zeitabhaumlngigen Veraumlnderungen der tragwerks-relevanten Eigenschaften (Korrosion Erosion usw) Dauerhaftigkeit ist die notwendige Vorausset-zung dafuumlr dass Tragwerke fuumlr eine bestimmte Nutzungsdauer tragfaumlhig und gebrauchstauglich sind

(4) Duktilitaumlt (vgl auch Abschnitt 22 (2)) Duktilitaumlt ist das Verformungs- bzw Plastifizierungsvermoumlgen bestimmter Bauteilbereiche das vor Eintritt eines Bauteilversagens zu erkennbaren Veraumlnderungen am Tragwerk fuumlhrt und somit ein ploumltzliches oder sproumldes Versagen nicht erwarten laumlsst Es kann in Anlehnung an DIN EN 1998-1 zwischen globaler Duktilitaumlt eines Tragsystems (abhaumlngig u a vom statischen System und der Ver-sagensform z B Knicken) und der oumlrtlichen Duktilitaumlt bezuumlglich eines einzelnen Bemessungsquer-schnitts (abhaumlngig u a von der plastischen Rotationskapazitaumlt bzw Bauart wie z B Stahlbeton Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilitaumlt ist gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 bei Balken aus Stahlbeton eine Mindestbewehrung und bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen eine Mindestdruckzone mit edh le 04 erforderlich

(5) Gebrauchstauglichkeit Gebrauchstauglichkeit im Sinne von DIN EN 1990 ist die Faumlhigkeit des Tragwerks die planmaumlszligige Nutzung entsprechend festgelegter Bedingungen zu ermoumlglichen Bei Wasserbauwerken gehoumlren dazu vorrangig die Begrenzung von Rissbildung und Verformungen sowie eine ausreichende und dauerhafte Undurchlaumlssigkeit der Konstruktion

(6) Inspektionsakte Die Bauwerksinspektionsakte fuumlr ein Bauwerk des Verkehrswasserbaus wird vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt nach VV-WSV 2101 gefuumlhrt und aktualisiert Sie sollte neben den im Rahmen der Bauwerksinspektion erstellten Pruumlfberichten auch alle fuumlr die Inspektion erfor-derlichen Angaben zum Bauwerk einschlieszliglich Bestandsplaumlnen sowie eine den allgemein aner-kannten Regeln der Technik entsprechende Bestandsstatik enthalten ferner Messprogramme nach VV-WSV 2602 fuumlr regelmaumlszligig stattfindende Inspektionsmessungen mit Messergebnissen usw

(7) Instandsetzung Grundinstandsetzung Instandsetzung (wie DIN EN 1990 Abschnitt 15221) Planmaumlszligige und auszligerplanmaumlszligige Maszlig-nahmen zur Wiederherstellung oder Erhaltung der Tragfaumlhigkeit bzw Gebrauchstauglichkeit des Bauwerks die uumlber Maszlignahmen der Bauwerksunterhaltung hinausgehen Fuumlr Instandsetzungen wird nachfolgend von einer Nutzungsdauer von rund 30 Jahren ausgegangen Grundinstandsetzung Wesentliche Instandsetzung des Tragwerks mit dem Ziel als Alternative zum Neubau seine Funktionsfaumlhigkeit (seinen Zweck) fuumlr eine erneute geplante Nutzungsdauer (von in der Regel 80 bis 100 Jahren) herzustellen und ggf Verbesserungen am Tragwerk im Sinne von DIN 31051 herbeizufuumlhren Statische Nachweise haben dabei nach dem fuumlr den Neubau geltenden Re-gelwerk zu erfolgen

(8) Nutzungsdauer Geplante Nutzungsdauer (wie DIN EN 1990 Abschnitt 1528) Angenommene Zeitdauer innerhalb der ein Tragwerk unter Beruumlcksichtigung vorgesehener Instandhaltungsmaszlignahmen fuumlr seinen vor-gesehenen Zweck genutzt werden soll ohne dass jedoch eine wesentliche auszligerplanmaumlszligige In-standsetzung erforderlich ist Restnutzungsdauer Nutzungsdauer eines bestehenden Bauwerks bis zum Ende seiner Nutzungs-faumlhigkeit Sofern keine Anzeichen oder Analysen (auch Neuberechnungen) fuumlr eine zeitliche Nut-

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zungsgrenze vorliegen ist die Restnutzungsdauer die Differenzzeit zwischen Betrachtungszeitpunkt und Ende der geplanten Nutzungsdauer

(9) Robustheit Robustheit (Schadenstoleranz) ist die Eigenschaft eines Tragwerks unvorhergesehenen bzw unbe-ruumlcksichtigten Beanspruchungen oder Ausfaumlllen zielgerecht zu widerstehen Ein normengemaumlszliger Entwurf fuumlhrt nicht automatisch zu robusten Tragwerken Der Begriff Robustheit bei Tragwerken oder Tragwerksteilen umfasst nicht nur die Faumlhigkeit nicht ploumltzlich d h ohne Vorankuumlndigung zu versagen Robustheit ergibt sich auch dann wenn sich Schaumldigungen oder Versagen auf ein Aus-maszlig begrenzen welches in einem vertretbaren Verhaumlltnis zur Ursache steht Dies bedeutet dass beispielsweise ein lokaler Schaden nicht zu einem Versagen des gesamten Tragwerks fuumlhren darf Wird dieses Verstaumlndnis auf groszlige Tragwerke uumlbertragen so koumlnnen diese nur dann als robust gel-ten wenn der Ausfall eines Tragwerkteils nicht zum Einsturz des Bauwerks fuumlhrt Kriterien fuumlr die Robustheit eines Tragwerks sind minus Redundanz bei Tragwerksteilen minus zusaumltzliche uumlber die Normforderung hinausgehende rechnerische Tragfaumlhigkeit minus zusaumltzliche Duktilitaumlt in den Querschnitten minus statische Unbestimmtheit des statischen Systems minus nicht sproumldes Versagen von Querschnitten minus monolithische Bauweise des Bauwerks minus kraftflussorientierte Form und Kompaktheit des Tragwerks (minimale Oberflaumlche) minus fehlerunanfaumlllige Herstellbarkeit des Bauwerks

Weitere Hinweise zum Begriff Robustheit sind in Poumltzl (1996) Muumlllers (2007) Kraumltzig et al (2007) enthalten

(10) Tragfaumlhigkeit Unter dem Begriff Tragfaumlhigkeit ist allgemein die Sicherheit gegen Stoumlrungen des mechanischen Gleichgewichts der inneren und aumluszligeren Kraumlfte an einem Tragwerk bzw Tragsystem oder seiner Teile zu verstehen Ein Tragwerk ist dann ausreichend tragfaumlhig wenn es mit angemessener Zuver-laumlssigkeit den erwarteten Einwirkungen widersteht die waumlhrend seiner Nutzung auftreten koumlnnen Ein Synonym fuumlr Tragfaumlhigkeit ist der Begriff Standsicherheit oder Tragsicherheit Die Tragfaumlhigkeit ist am Tragwerk als Ganzes mit geotechnischen Nachweisen nach DIN EN 1997 (z B Grundbruch Gelaumlndebruch Gleit- Lagesicherheit usw entsprechende Grenzzustaumlnde HYD UPL GEO EQU) und in maszliggebenden Querschnitten durch einzelne Bauteile (z B Biege- und Querkraftversagen Materialermuumldung usw entsprechende Grenzzustaumlnde STR FAT) zu untersuchen

(11) Risiko Unter technischem Risiko versteht man nach ISO 13824 allgemein die Kombination aus Haumlufigkeit oder Wahrscheinlichkeit des Versagens eines Bauwerks und der Auswirkung dieses Versagens im Hinblick auf Schaumlden fuumlr Leib und Leben von Menschen materielle und auch ideelle Verluste Um-weltschaumlden etc Mathematisch laumlsst sich das Risiko als Produkt aus Versagenswahrscheinlichkeit und Schadenshoumlhe definieren Unter dem Vergleichs- oder Grenzrisiko versteht man denjenigen Wert der von der Gesellschaft gerade noch toleriert wird Bei Einhaltung desselben Wertes fuumlr das Grenzrisiko ist allgemein fuumlr ein groszliges Bauwerk mit hohem Gefaumlhrdungspotential die Einhaltung einer geringen Versagenswahrscheinlichkeit (hohe Tragfaumlhigkeit) erforderlich waumlhrend fuumlr ein klei-nes Bauwerk mit geringerem Schadensausmaszlig von der Gesellschaft eine houmlhere Versagenswahr-scheinlichkeit (geringere Tragfaumlhigkeit) akzeptiert wird

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22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

(1) Massive Wasserbauwerke besitzen uumlberwiegend dicke Querschnitte und zeichnen sich oft durch ein raumlumliches Tragverhalten aus Bei der statischen Modellierung sind diese Besonderheiten entspre-chend zu beruumlcksichtigen

(2) Aufgrund der Eigenheiten von Wasserbauwerken weisen deren Bauteile meist ein duktiles Bauteil-verhalten auf insbesondere dann wenn minus eine Mindestbewehrung zur Aufnahme des Rissmomentes nach DIN EN 1992-1-1 vorhanden

ist oder minus bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen die Lastexzentrizitaumlt edh le 04 ist oder minus scheiben- bzw plattenfoumlrmige Querschnitte mit massigen Abmessungen (Dicke gt 08 m) vor-

liegen oder minus es bei Tragwerken mit Erddrucklasten Bettungen bzw vergleichbaren Baugrundeffekten vor

Eintritt des Gesamtversagens zu maszliggebenden Lastumlagerungen mit erkennbaren Verfor-mungen kommt

Kein duktiles Bauteilverhalten ist gegeben wenn die maszliggebenden Grenzzustaumlnde durch Stabili-taumltsversagen oder Materialermuumldung im Bewehrungsstahl bestimmt werden

(3) Bei Schiffsschleusen ist zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge zyklische Beanspru-chungen mit teilweise groszligen rechnerischen Spannungsschwingbreiten auftreten so dass bei hohen Lastspielzahlen entsprechende Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren sind

(4) Die bei aumllteren Wasserbauwerken haumlufig anzutreffende zonierte Bauweise ist bei der ggf notwendi-gen Materialuntersuchung einschlieszliglich Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung entsprechend zu beruumlcksichtigen

(5) Lasten aus Wasserdruck gehoumlren zu den wichtigsten Einwirkungen und werden durch oberirdische Gewaumlsser bzw durch anstehendes Grundwasser hervorgerufen Sie wirken als Lasten zunaumlchst auf die jeweilige Bauteiloberflaumlche (aumluszligerer Wasserdruck) Aufgrund der geringen aber immer vorhan-denen Durchlaumlssigkeit des jeweiligen Bauwerkskoumlrpers infolge von Porositaumlt Rissbildung undichter Arbeitsfugen u a dringt Wasser in den Querschnitt ein was zur Bildung eines inneren Wasser-drucks fuumlhrt der nach DIN 19702 als Riss- und Porenwasserdruck bei den Nachweisen im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit zu beruumlcksichtigen ist

23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

(1) Bei der Untersuchung zur Bewertung der Tragfaumlhigkeit nach diesem Merkblatt handelt es sich um ein gestuftes Verfahren bei dem der Untersuchungsaufwand am Bauwerk sowie die Nachweisfuumlh-rung modifiziert werden Das Vorgehen ist in drei Stufen A B und C gemaumlszlig Bild 1 eingeteilt Die den Untersuchungsstufen zugeordneten Bearbeitungsschritte sind in Tabelle 1 aufgelistet Das be-schriebene dreistufige Verfahren stellt ein grundsaumltzliches Vorgehensprinzip dar und ist jeweils an die speziellen Bedingungen am konkreten Objekt anzupassen Es kann sinnvoll sein bei entspre-chender Sachlage auf die Bearbeitung der Stufe A zu verzichten und mit Stufe B zu beginnen Ggf kann bereits nach Stufe A das Untersuchungsergebnis so eindeutig sein dass sich eine weitere Un-tersuchung eruumlbrigt bzw Handlungsbedarf hinsichtlich erforderlicher Sicherungsmaszlignahmen be-steht Die Bearbeitungsschritte in der Stufe C umfassen teilweise wissenschaftliche nicht standardisierte Verfahren und Methoden und erfordern eine gutachterliche Bearbeitung

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(2) Die Untersuchungen und Nachrechnung sind von einem im Wasserbau erfahrenen Tragwerksplaner durchzufuumlhren

(3) Die Bearbeitungsergebnisse sind in jeder einzelnen Untersuchungsstufe vollstaumlndig und in uumlber-sichtlicher Form in einem Bericht zu dokumentieren Fuumlr die Bewertung sind neben der vollstaumlndigen Dokumentation die wesentlichen Berechnungsergebnisse in einer komprimierten schriftlichen und grafischen Darstellung auf Basis von Auslastungsgraden (Verhaumlltnis aus vorhandener Beanspru-chung und Widerstand) dargestellt fuumlr Bemessungsschnitte im untersuchten Querschnitt zusam-menzufassen

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung)

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Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungs-stufen A bis C

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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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11

33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

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BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

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DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 53804-12002-04 Statistische Auswertung - Teil 1 Kontinuierliche Merkmale Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

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PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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II

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungsstufen A bis C 6

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Wasserstraszligenklasse (TRANSSC 3R153) 9

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) 11

Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestigkeitsklassen von 1972 bis 2001 12

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt) 15

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden 16

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden 17

Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A 19

Bildverzeichnis

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung) 5

Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Wasser γF (Beispiel Schleusenkammerwand) 9

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung 20

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt 21

Anlagenverzeichnis

Anlage 1 Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes TbW

Anlage 2 Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkennwerte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Anlage 3 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbei-werten

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1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich (1) Das Merkblatt dient der Untersuchung und Bewertung der Tragfaumlhigkeit und ggf Gebrauchstaug-

lichkeit bestehender massiver Wasserbauwerke Die Veranlassung fuumlr diese Untersuchung ist nicht Gegenstand des Merkblatts

(2) Das Ziel des Merkblatts besteht darin eine strukturierte und einheitliche Vorgehensweise fuumlr die Bewertung bestehender Wasserbauwerke sicherzustellen Dem Tragwerksplaner eroumlffnet das Merkblatt durch spezielle Regelungen und Vorgaben fuumlr die Tragfaumlhigkeitsuntersuchung und Bewer-tung bestehender Bauwerke einen erweiterten Handlungsspielraum und bietet die Moumlglichkeit Tragwerksreserven staumlrker herauszuarbeiten ohne das nach DIN EN 1990 geforderte Zuverlaumlssig-keitsniveau einzuschraumlnken Das Merkblatt umfasst die statische Untersuchung und Bewertung be-stehender Wasserbauwerke im Sinne der DIN 19702 im Bereich der Bundeswasserstraszligen die nicht nach aktuellem Normungsstand geplant bzw errichtet wurden und aumllter als 10 Jahre sind Die Anwendung ist auch zulaumlssig im Rahmen von Instandsetzungen gemaumlszlig Abschnitt 21 Absatz (7) ggf auch bei sich aumlndernden Einwirkungen wenn dabei das Tragsystem im Massivbau erhalten bleibt und daran keine wesentlichen Eingriffe vorgenommen werden

(3) Die Anwendung des Merkblatts ist nicht zulaumlssig zum Nachweis der Tragfaumlhigkeit von Neubauten die fehlerhaft konzipiert bzw ausgefuumlhrt wurden

(4) Normenbasis ist die geltende DIN 19702 mit den dort genannten Bezugsnormen in den jeweils ak-tuellen Fassungen Ferner sind ndash soweit einschlaumlgig ndash die Regelungen des TR-W zu beruumlcksichti-gen Wenn im Text keine besonderen Hinweise erfolgen sind bei Normennennung immer die z Zt geltenden Ausgaben gemeint Die Nennung der Eurocodes umfasst immer auch die jeweiligen Nati-onalen Anhaumlnge

(5) Grundlage der statischen Nachweise bildet vorrangig das semiprobabilistische Sicherheitskonzept (Teilsicherheitskonzept) Die mitunter modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte und Nachweisformate werden in den einzelnen Unterabschnitten angegeben ggf koumlnnen bzw muumlssen bei entsprechen-der Datenlage separate Ableitungen passender Teilsicherheitsbeiwerte nach DIN EN 1990 erfolgen

(6) In Anlage 1 sind ergaumlnzende Erlaumluterungen und Hinweise zusammengestellt die bei der Anwen-dung des Merkblatts hilfreich sind

2 Allgemeines

21 Definitionen

(1) Es gelten ndash wenn hier nicht anders vereinbart ndash die Begriffsdefinitionen gemaumlszlig DIN EN 1990 Hin-sichtlich der Bezeichnung von Bauwerken und Bauwerksteilen an Wasserbauten sowie sonstiger wasserbaulicher Begriffe wird auf das BAW-Merkblatt Bauwerksinspektion (2010) und auf DIN 4054 sowie DIN 4048 verwiesen

(2) Aktualisierung Uumlberpruumlfung und Ergaumlnzung von Informationen zum Bauwerk bezuumlglich der Einwirkungen (Lasten Geometrie Gelaumlndehoumlhen Materialdichten usw) der Widerstaumlnde (Abmessungen Stoffkennwerte usw) und des Tragsystems durch vertiefte Untersuchungen vor Ort und im Labor (Messungen Ma-terialproben u a)

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(3) Dauerhaftigkeit Eigenschaft eines Tragsystems zur Begrenzung der zeitabhaumlngigen Veraumlnderungen der tragwerks-relevanten Eigenschaften (Korrosion Erosion usw) Dauerhaftigkeit ist die notwendige Vorausset-zung dafuumlr dass Tragwerke fuumlr eine bestimmte Nutzungsdauer tragfaumlhig und gebrauchstauglich sind

(4) Duktilitaumlt (vgl auch Abschnitt 22 (2)) Duktilitaumlt ist das Verformungs- bzw Plastifizierungsvermoumlgen bestimmter Bauteilbereiche das vor Eintritt eines Bauteilversagens zu erkennbaren Veraumlnderungen am Tragwerk fuumlhrt und somit ein ploumltzliches oder sproumldes Versagen nicht erwarten laumlsst Es kann in Anlehnung an DIN EN 1998-1 zwischen globaler Duktilitaumlt eines Tragsystems (abhaumlngig u a vom statischen System und der Ver-sagensform z B Knicken) und der oumlrtlichen Duktilitaumlt bezuumlglich eines einzelnen Bemessungsquer-schnitts (abhaumlngig u a von der plastischen Rotationskapazitaumlt bzw Bauart wie z B Stahlbeton Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilitaumlt ist gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 bei Balken aus Stahlbeton eine Mindestbewehrung und bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen eine Mindestdruckzone mit edh le 04 erforderlich

(5) Gebrauchstauglichkeit Gebrauchstauglichkeit im Sinne von DIN EN 1990 ist die Faumlhigkeit des Tragwerks die planmaumlszligige Nutzung entsprechend festgelegter Bedingungen zu ermoumlglichen Bei Wasserbauwerken gehoumlren dazu vorrangig die Begrenzung von Rissbildung und Verformungen sowie eine ausreichende und dauerhafte Undurchlaumlssigkeit der Konstruktion

(6) Inspektionsakte Die Bauwerksinspektionsakte fuumlr ein Bauwerk des Verkehrswasserbaus wird vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt nach VV-WSV 2101 gefuumlhrt und aktualisiert Sie sollte neben den im Rahmen der Bauwerksinspektion erstellten Pruumlfberichten auch alle fuumlr die Inspektion erfor-derlichen Angaben zum Bauwerk einschlieszliglich Bestandsplaumlnen sowie eine den allgemein aner-kannten Regeln der Technik entsprechende Bestandsstatik enthalten ferner Messprogramme nach VV-WSV 2602 fuumlr regelmaumlszligig stattfindende Inspektionsmessungen mit Messergebnissen usw

(7) Instandsetzung Grundinstandsetzung Instandsetzung (wie DIN EN 1990 Abschnitt 15221) Planmaumlszligige und auszligerplanmaumlszligige Maszlig-nahmen zur Wiederherstellung oder Erhaltung der Tragfaumlhigkeit bzw Gebrauchstauglichkeit des Bauwerks die uumlber Maszlignahmen der Bauwerksunterhaltung hinausgehen Fuumlr Instandsetzungen wird nachfolgend von einer Nutzungsdauer von rund 30 Jahren ausgegangen Grundinstandsetzung Wesentliche Instandsetzung des Tragwerks mit dem Ziel als Alternative zum Neubau seine Funktionsfaumlhigkeit (seinen Zweck) fuumlr eine erneute geplante Nutzungsdauer (von in der Regel 80 bis 100 Jahren) herzustellen und ggf Verbesserungen am Tragwerk im Sinne von DIN 31051 herbeizufuumlhren Statische Nachweise haben dabei nach dem fuumlr den Neubau geltenden Re-gelwerk zu erfolgen

(8) Nutzungsdauer Geplante Nutzungsdauer (wie DIN EN 1990 Abschnitt 1528) Angenommene Zeitdauer innerhalb der ein Tragwerk unter Beruumlcksichtigung vorgesehener Instandhaltungsmaszlignahmen fuumlr seinen vor-gesehenen Zweck genutzt werden soll ohne dass jedoch eine wesentliche auszligerplanmaumlszligige In-standsetzung erforderlich ist Restnutzungsdauer Nutzungsdauer eines bestehenden Bauwerks bis zum Ende seiner Nutzungs-faumlhigkeit Sofern keine Anzeichen oder Analysen (auch Neuberechnungen) fuumlr eine zeitliche Nut-

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zungsgrenze vorliegen ist die Restnutzungsdauer die Differenzzeit zwischen Betrachtungszeitpunkt und Ende der geplanten Nutzungsdauer

(9) Robustheit Robustheit (Schadenstoleranz) ist die Eigenschaft eines Tragwerks unvorhergesehenen bzw unbe-ruumlcksichtigten Beanspruchungen oder Ausfaumlllen zielgerecht zu widerstehen Ein normengemaumlszliger Entwurf fuumlhrt nicht automatisch zu robusten Tragwerken Der Begriff Robustheit bei Tragwerken oder Tragwerksteilen umfasst nicht nur die Faumlhigkeit nicht ploumltzlich d h ohne Vorankuumlndigung zu versagen Robustheit ergibt sich auch dann wenn sich Schaumldigungen oder Versagen auf ein Aus-maszlig begrenzen welches in einem vertretbaren Verhaumlltnis zur Ursache steht Dies bedeutet dass beispielsweise ein lokaler Schaden nicht zu einem Versagen des gesamten Tragwerks fuumlhren darf Wird dieses Verstaumlndnis auf groszlige Tragwerke uumlbertragen so koumlnnen diese nur dann als robust gel-ten wenn der Ausfall eines Tragwerkteils nicht zum Einsturz des Bauwerks fuumlhrt Kriterien fuumlr die Robustheit eines Tragwerks sind minus Redundanz bei Tragwerksteilen minus zusaumltzliche uumlber die Normforderung hinausgehende rechnerische Tragfaumlhigkeit minus zusaumltzliche Duktilitaumlt in den Querschnitten minus statische Unbestimmtheit des statischen Systems minus nicht sproumldes Versagen von Querschnitten minus monolithische Bauweise des Bauwerks minus kraftflussorientierte Form und Kompaktheit des Tragwerks (minimale Oberflaumlche) minus fehlerunanfaumlllige Herstellbarkeit des Bauwerks

Weitere Hinweise zum Begriff Robustheit sind in Poumltzl (1996) Muumlllers (2007) Kraumltzig et al (2007) enthalten

(10) Tragfaumlhigkeit Unter dem Begriff Tragfaumlhigkeit ist allgemein die Sicherheit gegen Stoumlrungen des mechanischen Gleichgewichts der inneren und aumluszligeren Kraumlfte an einem Tragwerk bzw Tragsystem oder seiner Teile zu verstehen Ein Tragwerk ist dann ausreichend tragfaumlhig wenn es mit angemessener Zuver-laumlssigkeit den erwarteten Einwirkungen widersteht die waumlhrend seiner Nutzung auftreten koumlnnen Ein Synonym fuumlr Tragfaumlhigkeit ist der Begriff Standsicherheit oder Tragsicherheit Die Tragfaumlhigkeit ist am Tragwerk als Ganzes mit geotechnischen Nachweisen nach DIN EN 1997 (z B Grundbruch Gelaumlndebruch Gleit- Lagesicherheit usw entsprechende Grenzzustaumlnde HYD UPL GEO EQU) und in maszliggebenden Querschnitten durch einzelne Bauteile (z B Biege- und Querkraftversagen Materialermuumldung usw entsprechende Grenzzustaumlnde STR FAT) zu untersuchen

(11) Risiko Unter technischem Risiko versteht man nach ISO 13824 allgemein die Kombination aus Haumlufigkeit oder Wahrscheinlichkeit des Versagens eines Bauwerks und der Auswirkung dieses Versagens im Hinblick auf Schaumlden fuumlr Leib und Leben von Menschen materielle und auch ideelle Verluste Um-weltschaumlden etc Mathematisch laumlsst sich das Risiko als Produkt aus Versagenswahrscheinlichkeit und Schadenshoumlhe definieren Unter dem Vergleichs- oder Grenzrisiko versteht man denjenigen Wert der von der Gesellschaft gerade noch toleriert wird Bei Einhaltung desselben Wertes fuumlr das Grenzrisiko ist allgemein fuumlr ein groszliges Bauwerk mit hohem Gefaumlhrdungspotential die Einhaltung einer geringen Versagenswahrscheinlichkeit (hohe Tragfaumlhigkeit) erforderlich waumlhrend fuumlr ein klei-nes Bauwerk mit geringerem Schadensausmaszlig von der Gesellschaft eine houmlhere Versagenswahr-scheinlichkeit (geringere Tragfaumlhigkeit) akzeptiert wird

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22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

(1) Massive Wasserbauwerke besitzen uumlberwiegend dicke Querschnitte und zeichnen sich oft durch ein raumlumliches Tragverhalten aus Bei der statischen Modellierung sind diese Besonderheiten entspre-chend zu beruumlcksichtigen

(2) Aufgrund der Eigenheiten von Wasserbauwerken weisen deren Bauteile meist ein duktiles Bauteil-verhalten auf insbesondere dann wenn minus eine Mindestbewehrung zur Aufnahme des Rissmomentes nach DIN EN 1992-1-1 vorhanden

ist oder minus bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen die Lastexzentrizitaumlt edh le 04 ist oder minus scheiben- bzw plattenfoumlrmige Querschnitte mit massigen Abmessungen (Dicke gt 08 m) vor-

liegen oder minus es bei Tragwerken mit Erddrucklasten Bettungen bzw vergleichbaren Baugrundeffekten vor

Eintritt des Gesamtversagens zu maszliggebenden Lastumlagerungen mit erkennbaren Verfor-mungen kommt

Kein duktiles Bauteilverhalten ist gegeben wenn die maszliggebenden Grenzzustaumlnde durch Stabili-taumltsversagen oder Materialermuumldung im Bewehrungsstahl bestimmt werden

(3) Bei Schiffsschleusen ist zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge zyklische Beanspru-chungen mit teilweise groszligen rechnerischen Spannungsschwingbreiten auftreten so dass bei hohen Lastspielzahlen entsprechende Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren sind

(4) Die bei aumllteren Wasserbauwerken haumlufig anzutreffende zonierte Bauweise ist bei der ggf notwendi-gen Materialuntersuchung einschlieszliglich Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung entsprechend zu beruumlcksichtigen

(5) Lasten aus Wasserdruck gehoumlren zu den wichtigsten Einwirkungen und werden durch oberirdische Gewaumlsser bzw durch anstehendes Grundwasser hervorgerufen Sie wirken als Lasten zunaumlchst auf die jeweilige Bauteiloberflaumlche (aumluszligerer Wasserdruck) Aufgrund der geringen aber immer vorhan-denen Durchlaumlssigkeit des jeweiligen Bauwerkskoumlrpers infolge von Porositaumlt Rissbildung undichter Arbeitsfugen u a dringt Wasser in den Querschnitt ein was zur Bildung eines inneren Wasser-drucks fuumlhrt der nach DIN 19702 als Riss- und Porenwasserdruck bei den Nachweisen im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit zu beruumlcksichtigen ist

23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

(1) Bei der Untersuchung zur Bewertung der Tragfaumlhigkeit nach diesem Merkblatt handelt es sich um ein gestuftes Verfahren bei dem der Untersuchungsaufwand am Bauwerk sowie die Nachweisfuumlh-rung modifiziert werden Das Vorgehen ist in drei Stufen A B und C gemaumlszlig Bild 1 eingeteilt Die den Untersuchungsstufen zugeordneten Bearbeitungsschritte sind in Tabelle 1 aufgelistet Das be-schriebene dreistufige Verfahren stellt ein grundsaumltzliches Vorgehensprinzip dar und ist jeweils an die speziellen Bedingungen am konkreten Objekt anzupassen Es kann sinnvoll sein bei entspre-chender Sachlage auf die Bearbeitung der Stufe A zu verzichten und mit Stufe B zu beginnen Ggf kann bereits nach Stufe A das Untersuchungsergebnis so eindeutig sein dass sich eine weitere Un-tersuchung eruumlbrigt bzw Handlungsbedarf hinsichtlich erforderlicher Sicherungsmaszlignahmen be-steht Die Bearbeitungsschritte in der Stufe C umfassen teilweise wissenschaftliche nicht standardisierte Verfahren und Methoden und erfordern eine gutachterliche Bearbeitung

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(2) Die Untersuchungen und Nachrechnung sind von einem im Wasserbau erfahrenen Tragwerksplaner durchzufuumlhren

(3) Die Bearbeitungsergebnisse sind in jeder einzelnen Untersuchungsstufe vollstaumlndig und in uumlber-sichtlicher Form in einem Bericht zu dokumentieren Fuumlr die Bewertung sind neben der vollstaumlndigen Dokumentation die wesentlichen Berechnungsergebnisse in einer komprimierten schriftlichen und grafischen Darstellung auf Basis von Auslastungsgraden (Verhaumlltnis aus vorhandener Beanspru-chung und Widerstand) dargestellt fuumlr Bemessungsschnitte im untersuchten Querschnitt zusam-menzufassen

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung)

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Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungs-stufen A bis C

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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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11

33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

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VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016

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1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich (1) Das Merkblatt dient der Untersuchung und Bewertung der Tragfaumlhigkeit und ggf Gebrauchstaug-

lichkeit bestehender massiver Wasserbauwerke Die Veranlassung fuumlr diese Untersuchung ist nicht Gegenstand des Merkblatts

(2) Das Ziel des Merkblatts besteht darin eine strukturierte und einheitliche Vorgehensweise fuumlr die Bewertung bestehender Wasserbauwerke sicherzustellen Dem Tragwerksplaner eroumlffnet das Merkblatt durch spezielle Regelungen und Vorgaben fuumlr die Tragfaumlhigkeitsuntersuchung und Bewer-tung bestehender Bauwerke einen erweiterten Handlungsspielraum und bietet die Moumlglichkeit Tragwerksreserven staumlrker herauszuarbeiten ohne das nach DIN EN 1990 geforderte Zuverlaumlssig-keitsniveau einzuschraumlnken Das Merkblatt umfasst die statische Untersuchung und Bewertung be-stehender Wasserbauwerke im Sinne der DIN 19702 im Bereich der Bundeswasserstraszligen die nicht nach aktuellem Normungsstand geplant bzw errichtet wurden und aumllter als 10 Jahre sind Die Anwendung ist auch zulaumlssig im Rahmen von Instandsetzungen gemaumlszlig Abschnitt 21 Absatz (7) ggf auch bei sich aumlndernden Einwirkungen wenn dabei das Tragsystem im Massivbau erhalten bleibt und daran keine wesentlichen Eingriffe vorgenommen werden

(3) Die Anwendung des Merkblatts ist nicht zulaumlssig zum Nachweis der Tragfaumlhigkeit von Neubauten die fehlerhaft konzipiert bzw ausgefuumlhrt wurden

(4) Normenbasis ist die geltende DIN 19702 mit den dort genannten Bezugsnormen in den jeweils ak-tuellen Fassungen Ferner sind ndash soweit einschlaumlgig ndash die Regelungen des TR-W zu beruumlcksichti-gen Wenn im Text keine besonderen Hinweise erfolgen sind bei Normennennung immer die z Zt geltenden Ausgaben gemeint Die Nennung der Eurocodes umfasst immer auch die jeweiligen Nati-onalen Anhaumlnge

(5) Grundlage der statischen Nachweise bildet vorrangig das semiprobabilistische Sicherheitskonzept (Teilsicherheitskonzept) Die mitunter modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte und Nachweisformate werden in den einzelnen Unterabschnitten angegeben ggf koumlnnen bzw muumlssen bei entsprechen-der Datenlage separate Ableitungen passender Teilsicherheitsbeiwerte nach DIN EN 1990 erfolgen

(6) In Anlage 1 sind ergaumlnzende Erlaumluterungen und Hinweise zusammengestellt die bei der Anwen-dung des Merkblatts hilfreich sind

2 Allgemeines

21 Definitionen

(1) Es gelten ndash wenn hier nicht anders vereinbart ndash die Begriffsdefinitionen gemaumlszlig DIN EN 1990 Hin-sichtlich der Bezeichnung von Bauwerken und Bauwerksteilen an Wasserbauten sowie sonstiger wasserbaulicher Begriffe wird auf das BAW-Merkblatt Bauwerksinspektion (2010) und auf DIN 4054 sowie DIN 4048 verwiesen

(2) Aktualisierung Uumlberpruumlfung und Ergaumlnzung von Informationen zum Bauwerk bezuumlglich der Einwirkungen (Lasten Geometrie Gelaumlndehoumlhen Materialdichten usw) der Widerstaumlnde (Abmessungen Stoffkennwerte usw) und des Tragsystems durch vertiefte Untersuchungen vor Ort und im Labor (Messungen Ma-terialproben u a)

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(3) Dauerhaftigkeit Eigenschaft eines Tragsystems zur Begrenzung der zeitabhaumlngigen Veraumlnderungen der tragwerks-relevanten Eigenschaften (Korrosion Erosion usw) Dauerhaftigkeit ist die notwendige Vorausset-zung dafuumlr dass Tragwerke fuumlr eine bestimmte Nutzungsdauer tragfaumlhig und gebrauchstauglich sind

(4) Duktilitaumlt (vgl auch Abschnitt 22 (2)) Duktilitaumlt ist das Verformungs- bzw Plastifizierungsvermoumlgen bestimmter Bauteilbereiche das vor Eintritt eines Bauteilversagens zu erkennbaren Veraumlnderungen am Tragwerk fuumlhrt und somit ein ploumltzliches oder sproumldes Versagen nicht erwarten laumlsst Es kann in Anlehnung an DIN EN 1998-1 zwischen globaler Duktilitaumlt eines Tragsystems (abhaumlngig u a vom statischen System und der Ver-sagensform z B Knicken) und der oumlrtlichen Duktilitaumlt bezuumlglich eines einzelnen Bemessungsquer-schnitts (abhaumlngig u a von der plastischen Rotationskapazitaumlt bzw Bauart wie z B Stahlbeton Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilitaumlt ist gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 bei Balken aus Stahlbeton eine Mindestbewehrung und bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen eine Mindestdruckzone mit edh le 04 erforderlich

(5) Gebrauchstauglichkeit Gebrauchstauglichkeit im Sinne von DIN EN 1990 ist die Faumlhigkeit des Tragwerks die planmaumlszligige Nutzung entsprechend festgelegter Bedingungen zu ermoumlglichen Bei Wasserbauwerken gehoumlren dazu vorrangig die Begrenzung von Rissbildung und Verformungen sowie eine ausreichende und dauerhafte Undurchlaumlssigkeit der Konstruktion

(6) Inspektionsakte Die Bauwerksinspektionsakte fuumlr ein Bauwerk des Verkehrswasserbaus wird vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt nach VV-WSV 2101 gefuumlhrt und aktualisiert Sie sollte neben den im Rahmen der Bauwerksinspektion erstellten Pruumlfberichten auch alle fuumlr die Inspektion erfor-derlichen Angaben zum Bauwerk einschlieszliglich Bestandsplaumlnen sowie eine den allgemein aner-kannten Regeln der Technik entsprechende Bestandsstatik enthalten ferner Messprogramme nach VV-WSV 2602 fuumlr regelmaumlszligig stattfindende Inspektionsmessungen mit Messergebnissen usw

(7) Instandsetzung Grundinstandsetzung Instandsetzung (wie DIN EN 1990 Abschnitt 15221) Planmaumlszligige und auszligerplanmaumlszligige Maszlig-nahmen zur Wiederherstellung oder Erhaltung der Tragfaumlhigkeit bzw Gebrauchstauglichkeit des Bauwerks die uumlber Maszlignahmen der Bauwerksunterhaltung hinausgehen Fuumlr Instandsetzungen wird nachfolgend von einer Nutzungsdauer von rund 30 Jahren ausgegangen Grundinstandsetzung Wesentliche Instandsetzung des Tragwerks mit dem Ziel als Alternative zum Neubau seine Funktionsfaumlhigkeit (seinen Zweck) fuumlr eine erneute geplante Nutzungsdauer (von in der Regel 80 bis 100 Jahren) herzustellen und ggf Verbesserungen am Tragwerk im Sinne von DIN 31051 herbeizufuumlhren Statische Nachweise haben dabei nach dem fuumlr den Neubau geltenden Re-gelwerk zu erfolgen

(8) Nutzungsdauer Geplante Nutzungsdauer (wie DIN EN 1990 Abschnitt 1528) Angenommene Zeitdauer innerhalb der ein Tragwerk unter Beruumlcksichtigung vorgesehener Instandhaltungsmaszlignahmen fuumlr seinen vor-gesehenen Zweck genutzt werden soll ohne dass jedoch eine wesentliche auszligerplanmaumlszligige In-standsetzung erforderlich ist Restnutzungsdauer Nutzungsdauer eines bestehenden Bauwerks bis zum Ende seiner Nutzungs-faumlhigkeit Sofern keine Anzeichen oder Analysen (auch Neuberechnungen) fuumlr eine zeitliche Nut-

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zungsgrenze vorliegen ist die Restnutzungsdauer die Differenzzeit zwischen Betrachtungszeitpunkt und Ende der geplanten Nutzungsdauer

(9) Robustheit Robustheit (Schadenstoleranz) ist die Eigenschaft eines Tragwerks unvorhergesehenen bzw unbe-ruumlcksichtigten Beanspruchungen oder Ausfaumlllen zielgerecht zu widerstehen Ein normengemaumlszliger Entwurf fuumlhrt nicht automatisch zu robusten Tragwerken Der Begriff Robustheit bei Tragwerken oder Tragwerksteilen umfasst nicht nur die Faumlhigkeit nicht ploumltzlich d h ohne Vorankuumlndigung zu versagen Robustheit ergibt sich auch dann wenn sich Schaumldigungen oder Versagen auf ein Aus-maszlig begrenzen welches in einem vertretbaren Verhaumlltnis zur Ursache steht Dies bedeutet dass beispielsweise ein lokaler Schaden nicht zu einem Versagen des gesamten Tragwerks fuumlhren darf Wird dieses Verstaumlndnis auf groszlige Tragwerke uumlbertragen so koumlnnen diese nur dann als robust gel-ten wenn der Ausfall eines Tragwerkteils nicht zum Einsturz des Bauwerks fuumlhrt Kriterien fuumlr die Robustheit eines Tragwerks sind minus Redundanz bei Tragwerksteilen minus zusaumltzliche uumlber die Normforderung hinausgehende rechnerische Tragfaumlhigkeit minus zusaumltzliche Duktilitaumlt in den Querschnitten minus statische Unbestimmtheit des statischen Systems minus nicht sproumldes Versagen von Querschnitten minus monolithische Bauweise des Bauwerks minus kraftflussorientierte Form und Kompaktheit des Tragwerks (minimale Oberflaumlche) minus fehlerunanfaumlllige Herstellbarkeit des Bauwerks

Weitere Hinweise zum Begriff Robustheit sind in Poumltzl (1996) Muumlllers (2007) Kraumltzig et al (2007) enthalten

(10) Tragfaumlhigkeit Unter dem Begriff Tragfaumlhigkeit ist allgemein die Sicherheit gegen Stoumlrungen des mechanischen Gleichgewichts der inneren und aumluszligeren Kraumlfte an einem Tragwerk bzw Tragsystem oder seiner Teile zu verstehen Ein Tragwerk ist dann ausreichend tragfaumlhig wenn es mit angemessener Zuver-laumlssigkeit den erwarteten Einwirkungen widersteht die waumlhrend seiner Nutzung auftreten koumlnnen Ein Synonym fuumlr Tragfaumlhigkeit ist der Begriff Standsicherheit oder Tragsicherheit Die Tragfaumlhigkeit ist am Tragwerk als Ganzes mit geotechnischen Nachweisen nach DIN EN 1997 (z B Grundbruch Gelaumlndebruch Gleit- Lagesicherheit usw entsprechende Grenzzustaumlnde HYD UPL GEO EQU) und in maszliggebenden Querschnitten durch einzelne Bauteile (z B Biege- und Querkraftversagen Materialermuumldung usw entsprechende Grenzzustaumlnde STR FAT) zu untersuchen

(11) Risiko Unter technischem Risiko versteht man nach ISO 13824 allgemein die Kombination aus Haumlufigkeit oder Wahrscheinlichkeit des Versagens eines Bauwerks und der Auswirkung dieses Versagens im Hinblick auf Schaumlden fuumlr Leib und Leben von Menschen materielle und auch ideelle Verluste Um-weltschaumlden etc Mathematisch laumlsst sich das Risiko als Produkt aus Versagenswahrscheinlichkeit und Schadenshoumlhe definieren Unter dem Vergleichs- oder Grenzrisiko versteht man denjenigen Wert der von der Gesellschaft gerade noch toleriert wird Bei Einhaltung desselben Wertes fuumlr das Grenzrisiko ist allgemein fuumlr ein groszliges Bauwerk mit hohem Gefaumlhrdungspotential die Einhaltung einer geringen Versagenswahrscheinlichkeit (hohe Tragfaumlhigkeit) erforderlich waumlhrend fuumlr ein klei-nes Bauwerk mit geringerem Schadensausmaszlig von der Gesellschaft eine houmlhere Versagenswahr-scheinlichkeit (geringere Tragfaumlhigkeit) akzeptiert wird

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22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

(1) Massive Wasserbauwerke besitzen uumlberwiegend dicke Querschnitte und zeichnen sich oft durch ein raumlumliches Tragverhalten aus Bei der statischen Modellierung sind diese Besonderheiten entspre-chend zu beruumlcksichtigen

(2) Aufgrund der Eigenheiten von Wasserbauwerken weisen deren Bauteile meist ein duktiles Bauteil-verhalten auf insbesondere dann wenn minus eine Mindestbewehrung zur Aufnahme des Rissmomentes nach DIN EN 1992-1-1 vorhanden

ist oder minus bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen die Lastexzentrizitaumlt edh le 04 ist oder minus scheiben- bzw plattenfoumlrmige Querschnitte mit massigen Abmessungen (Dicke gt 08 m) vor-

liegen oder minus es bei Tragwerken mit Erddrucklasten Bettungen bzw vergleichbaren Baugrundeffekten vor

Eintritt des Gesamtversagens zu maszliggebenden Lastumlagerungen mit erkennbaren Verfor-mungen kommt

Kein duktiles Bauteilverhalten ist gegeben wenn die maszliggebenden Grenzzustaumlnde durch Stabili-taumltsversagen oder Materialermuumldung im Bewehrungsstahl bestimmt werden

(3) Bei Schiffsschleusen ist zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge zyklische Beanspru-chungen mit teilweise groszligen rechnerischen Spannungsschwingbreiten auftreten so dass bei hohen Lastspielzahlen entsprechende Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren sind

(4) Die bei aumllteren Wasserbauwerken haumlufig anzutreffende zonierte Bauweise ist bei der ggf notwendi-gen Materialuntersuchung einschlieszliglich Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung entsprechend zu beruumlcksichtigen

(5) Lasten aus Wasserdruck gehoumlren zu den wichtigsten Einwirkungen und werden durch oberirdische Gewaumlsser bzw durch anstehendes Grundwasser hervorgerufen Sie wirken als Lasten zunaumlchst auf die jeweilige Bauteiloberflaumlche (aumluszligerer Wasserdruck) Aufgrund der geringen aber immer vorhan-denen Durchlaumlssigkeit des jeweiligen Bauwerkskoumlrpers infolge von Porositaumlt Rissbildung undichter Arbeitsfugen u a dringt Wasser in den Querschnitt ein was zur Bildung eines inneren Wasser-drucks fuumlhrt der nach DIN 19702 als Riss- und Porenwasserdruck bei den Nachweisen im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit zu beruumlcksichtigen ist

23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

(1) Bei der Untersuchung zur Bewertung der Tragfaumlhigkeit nach diesem Merkblatt handelt es sich um ein gestuftes Verfahren bei dem der Untersuchungsaufwand am Bauwerk sowie die Nachweisfuumlh-rung modifiziert werden Das Vorgehen ist in drei Stufen A B und C gemaumlszlig Bild 1 eingeteilt Die den Untersuchungsstufen zugeordneten Bearbeitungsschritte sind in Tabelle 1 aufgelistet Das be-schriebene dreistufige Verfahren stellt ein grundsaumltzliches Vorgehensprinzip dar und ist jeweils an die speziellen Bedingungen am konkreten Objekt anzupassen Es kann sinnvoll sein bei entspre-chender Sachlage auf die Bearbeitung der Stufe A zu verzichten und mit Stufe B zu beginnen Ggf kann bereits nach Stufe A das Untersuchungsergebnis so eindeutig sein dass sich eine weitere Un-tersuchung eruumlbrigt bzw Handlungsbedarf hinsichtlich erforderlicher Sicherungsmaszlignahmen be-steht Die Bearbeitungsschritte in der Stufe C umfassen teilweise wissenschaftliche nicht standardisierte Verfahren und Methoden und erfordern eine gutachterliche Bearbeitung

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(2) Die Untersuchungen und Nachrechnung sind von einem im Wasserbau erfahrenen Tragwerksplaner durchzufuumlhren

(3) Die Bearbeitungsergebnisse sind in jeder einzelnen Untersuchungsstufe vollstaumlndig und in uumlber-sichtlicher Form in einem Bericht zu dokumentieren Fuumlr die Bewertung sind neben der vollstaumlndigen Dokumentation die wesentlichen Berechnungsergebnisse in einer komprimierten schriftlichen und grafischen Darstellung auf Basis von Auslastungsgraden (Verhaumlltnis aus vorhandener Beanspru-chung und Widerstand) dargestellt fuumlr Bemessungsschnitte im untersuchten Querschnitt zusam-menzufassen

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung)

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Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungs-stufen A bis C

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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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(3) Dauerhaftigkeit Eigenschaft eines Tragsystems zur Begrenzung der zeitabhaumlngigen Veraumlnderungen der tragwerks-relevanten Eigenschaften (Korrosion Erosion usw) Dauerhaftigkeit ist die notwendige Vorausset-zung dafuumlr dass Tragwerke fuumlr eine bestimmte Nutzungsdauer tragfaumlhig und gebrauchstauglich sind

(4) Duktilitaumlt (vgl auch Abschnitt 22 (2)) Duktilitaumlt ist das Verformungs- bzw Plastifizierungsvermoumlgen bestimmter Bauteilbereiche das vor Eintritt eines Bauteilversagens zu erkennbaren Veraumlnderungen am Tragwerk fuumlhrt und somit ein ploumltzliches oder sproumldes Versagen nicht erwarten laumlsst Es kann in Anlehnung an DIN EN 1998-1 zwischen globaler Duktilitaumlt eines Tragsystems (abhaumlngig u a vom statischen System und der Ver-sagensform z B Knicken) und der oumlrtlichen Duktilitaumlt bezuumlglich eines einzelnen Bemessungsquer-schnitts (abhaumlngig u a von der plastischen Rotationskapazitaumlt bzw Bauart wie z B Stahlbeton Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilitaumlt ist gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 bei Balken aus Stahlbeton eine Mindestbewehrung und bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen eine Mindestdruckzone mit edh le 04 erforderlich

(5) Gebrauchstauglichkeit Gebrauchstauglichkeit im Sinne von DIN EN 1990 ist die Faumlhigkeit des Tragwerks die planmaumlszligige Nutzung entsprechend festgelegter Bedingungen zu ermoumlglichen Bei Wasserbauwerken gehoumlren dazu vorrangig die Begrenzung von Rissbildung und Verformungen sowie eine ausreichende und dauerhafte Undurchlaumlssigkeit der Konstruktion

(6) Inspektionsakte Die Bauwerksinspektionsakte fuumlr ein Bauwerk des Verkehrswasserbaus wird vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt nach VV-WSV 2101 gefuumlhrt und aktualisiert Sie sollte neben den im Rahmen der Bauwerksinspektion erstellten Pruumlfberichten auch alle fuumlr die Inspektion erfor-derlichen Angaben zum Bauwerk einschlieszliglich Bestandsplaumlnen sowie eine den allgemein aner-kannten Regeln der Technik entsprechende Bestandsstatik enthalten ferner Messprogramme nach VV-WSV 2602 fuumlr regelmaumlszligig stattfindende Inspektionsmessungen mit Messergebnissen usw

(7) Instandsetzung Grundinstandsetzung Instandsetzung (wie DIN EN 1990 Abschnitt 15221) Planmaumlszligige und auszligerplanmaumlszligige Maszlig-nahmen zur Wiederherstellung oder Erhaltung der Tragfaumlhigkeit bzw Gebrauchstauglichkeit des Bauwerks die uumlber Maszlignahmen der Bauwerksunterhaltung hinausgehen Fuumlr Instandsetzungen wird nachfolgend von einer Nutzungsdauer von rund 30 Jahren ausgegangen Grundinstandsetzung Wesentliche Instandsetzung des Tragwerks mit dem Ziel als Alternative zum Neubau seine Funktionsfaumlhigkeit (seinen Zweck) fuumlr eine erneute geplante Nutzungsdauer (von in der Regel 80 bis 100 Jahren) herzustellen und ggf Verbesserungen am Tragwerk im Sinne von DIN 31051 herbeizufuumlhren Statische Nachweise haben dabei nach dem fuumlr den Neubau geltenden Re-gelwerk zu erfolgen

(8) Nutzungsdauer Geplante Nutzungsdauer (wie DIN EN 1990 Abschnitt 1528) Angenommene Zeitdauer innerhalb der ein Tragwerk unter Beruumlcksichtigung vorgesehener Instandhaltungsmaszlignahmen fuumlr seinen vor-gesehenen Zweck genutzt werden soll ohne dass jedoch eine wesentliche auszligerplanmaumlszligige In-standsetzung erforderlich ist Restnutzungsdauer Nutzungsdauer eines bestehenden Bauwerks bis zum Ende seiner Nutzungs-faumlhigkeit Sofern keine Anzeichen oder Analysen (auch Neuberechnungen) fuumlr eine zeitliche Nut-

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zungsgrenze vorliegen ist die Restnutzungsdauer die Differenzzeit zwischen Betrachtungszeitpunkt und Ende der geplanten Nutzungsdauer

(9) Robustheit Robustheit (Schadenstoleranz) ist die Eigenschaft eines Tragwerks unvorhergesehenen bzw unbe-ruumlcksichtigten Beanspruchungen oder Ausfaumlllen zielgerecht zu widerstehen Ein normengemaumlszliger Entwurf fuumlhrt nicht automatisch zu robusten Tragwerken Der Begriff Robustheit bei Tragwerken oder Tragwerksteilen umfasst nicht nur die Faumlhigkeit nicht ploumltzlich d h ohne Vorankuumlndigung zu versagen Robustheit ergibt sich auch dann wenn sich Schaumldigungen oder Versagen auf ein Aus-maszlig begrenzen welches in einem vertretbaren Verhaumlltnis zur Ursache steht Dies bedeutet dass beispielsweise ein lokaler Schaden nicht zu einem Versagen des gesamten Tragwerks fuumlhren darf Wird dieses Verstaumlndnis auf groszlige Tragwerke uumlbertragen so koumlnnen diese nur dann als robust gel-ten wenn der Ausfall eines Tragwerkteils nicht zum Einsturz des Bauwerks fuumlhrt Kriterien fuumlr die Robustheit eines Tragwerks sind minus Redundanz bei Tragwerksteilen minus zusaumltzliche uumlber die Normforderung hinausgehende rechnerische Tragfaumlhigkeit minus zusaumltzliche Duktilitaumlt in den Querschnitten minus statische Unbestimmtheit des statischen Systems minus nicht sproumldes Versagen von Querschnitten minus monolithische Bauweise des Bauwerks minus kraftflussorientierte Form und Kompaktheit des Tragwerks (minimale Oberflaumlche) minus fehlerunanfaumlllige Herstellbarkeit des Bauwerks

Weitere Hinweise zum Begriff Robustheit sind in Poumltzl (1996) Muumlllers (2007) Kraumltzig et al (2007) enthalten

(10) Tragfaumlhigkeit Unter dem Begriff Tragfaumlhigkeit ist allgemein die Sicherheit gegen Stoumlrungen des mechanischen Gleichgewichts der inneren und aumluszligeren Kraumlfte an einem Tragwerk bzw Tragsystem oder seiner Teile zu verstehen Ein Tragwerk ist dann ausreichend tragfaumlhig wenn es mit angemessener Zuver-laumlssigkeit den erwarteten Einwirkungen widersteht die waumlhrend seiner Nutzung auftreten koumlnnen Ein Synonym fuumlr Tragfaumlhigkeit ist der Begriff Standsicherheit oder Tragsicherheit Die Tragfaumlhigkeit ist am Tragwerk als Ganzes mit geotechnischen Nachweisen nach DIN EN 1997 (z B Grundbruch Gelaumlndebruch Gleit- Lagesicherheit usw entsprechende Grenzzustaumlnde HYD UPL GEO EQU) und in maszliggebenden Querschnitten durch einzelne Bauteile (z B Biege- und Querkraftversagen Materialermuumldung usw entsprechende Grenzzustaumlnde STR FAT) zu untersuchen

(11) Risiko Unter technischem Risiko versteht man nach ISO 13824 allgemein die Kombination aus Haumlufigkeit oder Wahrscheinlichkeit des Versagens eines Bauwerks und der Auswirkung dieses Versagens im Hinblick auf Schaumlden fuumlr Leib und Leben von Menschen materielle und auch ideelle Verluste Um-weltschaumlden etc Mathematisch laumlsst sich das Risiko als Produkt aus Versagenswahrscheinlichkeit und Schadenshoumlhe definieren Unter dem Vergleichs- oder Grenzrisiko versteht man denjenigen Wert der von der Gesellschaft gerade noch toleriert wird Bei Einhaltung desselben Wertes fuumlr das Grenzrisiko ist allgemein fuumlr ein groszliges Bauwerk mit hohem Gefaumlhrdungspotential die Einhaltung einer geringen Versagenswahrscheinlichkeit (hohe Tragfaumlhigkeit) erforderlich waumlhrend fuumlr ein klei-nes Bauwerk mit geringerem Schadensausmaszlig von der Gesellschaft eine houmlhere Versagenswahr-scheinlichkeit (geringere Tragfaumlhigkeit) akzeptiert wird

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22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

(1) Massive Wasserbauwerke besitzen uumlberwiegend dicke Querschnitte und zeichnen sich oft durch ein raumlumliches Tragverhalten aus Bei der statischen Modellierung sind diese Besonderheiten entspre-chend zu beruumlcksichtigen

(2) Aufgrund der Eigenheiten von Wasserbauwerken weisen deren Bauteile meist ein duktiles Bauteil-verhalten auf insbesondere dann wenn minus eine Mindestbewehrung zur Aufnahme des Rissmomentes nach DIN EN 1992-1-1 vorhanden

ist oder minus bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen die Lastexzentrizitaumlt edh le 04 ist oder minus scheiben- bzw plattenfoumlrmige Querschnitte mit massigen Abmessungen (Dicke gt 08 m) vor-

liegen oder minus es bei Tragwerken mit Erddrucklasten Bettungen bzw vergleichbaren Baugrundeffekten vor

Eintritt des Gesamtversagens zu maszliggebenden Lastumlagerungen mit erkennbaren Verfor-mungen kommt

Kein duktiles Bauteilverhalten ist gegeben wenn die maszliggebenden Grenzzustaumlnde durch Stabili-taumltsversagen oder Materialermuumldung im Bewehrungsstahl bestimmt werden

(3) Bei Schiffsschleusen ist zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge zyklische Beanspru-chungen mit teilweise groszligen rechnerischen Spannungsschwingbreiten auftreten so dass bei hohen Lastspielzahlen entsprechende Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren sind

(4) Die bei aumllteren Wasserbauwerken haumlufig anzutreffende zonierte Bauweise ist bei der ggf notwendi-gen Materialuntersuchung einschlieszliglich Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung entsprechend zu beruumlcksichtigen

(5) Lasten aus Wasserdruck gehoumlren zu den wichtigsten Einwirkungen und werden durch oberirdische Gewaumlsser bzw durch anstehendes Grundwasser hervorgerufen Sie wirken als Lasten zunaumlchst auf die jeweilige Bauteiloberflaumlche (aumluszligerer Wasserdruck) Aufgrund der geringen aber immer vorhan-denen Durchlaumlssigkeit des jeweiligen Bauwerkskoumlrpers infolge von Porositaumlt Rissbildung undichter Arbeitsfugen u a dringt Wasser in den Querschnitt ein was zur Bildung eines inneren Wasser-drucks fuumlhrt der nach DIN 19702 als Riss- und Porenwasserdruck bei den Nachweisen im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit zu beruumlcksichtigen ist

23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

(1) Bei der Untersuchung zur Bewertung der Tragfaumlhigkeit nach diesem Merkblatt handelt es sich um ein gestuftes Verfahren bei dem der Untersuchungsaufwand am Bauwerk sowie die Nachweisfuumlh-rung modifiziert werden Das Vorgehen ist in drei Stufen A B und C gemaumlszlig Bild 1 eingeteilt Die den Untersuchungsstufen zugeordneten Bearbeitungsschritte sind in Tabelle 1 aufgelistet Das be-schriebene dreistufige Verfahren stellt ein grundsaumltzliches Vorgehensprinzip dar und ist jeweils an die speziellen Bedingungen am konkreten Objekt anzupassen Es kann sinnvoll sein bei entspre-chender Sachlage auf die Bearbeitung der Stufe A zu verzichten und mit Stufe B zu beginnen Ggf kann bereits nach Stufe A das Untersuchungsergebnis so eindeutig sein dass sich eine weitere Un-tersuchung eruumlbrigt bzw Handlungsbedarf hinsichtlich erforderlicher Sicherungsmaszlignahmen be-steht Die Bearbeitungsschritte in der Stufe C umfassen teilweise wissenschaftliche nicht standardisierte Verfahren und Methoden und erfordern eine gutachterliche Bearbeitung

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(2) Die Untersuchungen und Nachrechnung sind von einem im Wasserbau erfahrenen Tragwerksplaner durchzufuumlhren

(3) Die Bearbeitungsergebnisse sind in jeder einzelnen Untersuchungsstufe vollstaumlndig und in uumlber-sichtlicher Form in einem Bericht zu dokumentieren Fuumlr die Bewertung sind neben der vollstaumlndigen Dokumentation die wesentlichen Berechnungsergebnisse in einer komprimierten schriftlichen und grafischen Darstellung auf Basis von Auslastungsgraden (Verhaumlltnis aus vorhandener Beanspru-chung und Widerstand) dargestellt fuumlr Bemessungsschnitte im untersuchten Querschnitt zusam-menzufassen

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung)

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Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungs-stufen A bis C

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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

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Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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14

(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
Page 7: BAWMerkblatt: Bewertung der Tragfähigkeit bestehender ... · Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilität ist Zur Sicherstellung

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3

zungsgrenze vorliegen ist die Restnutzungsdauer die Differenzzeit zwischen Betrachtungszeitpunkt und Ende der geplanten Nutzungsdauer

(9) Robustheit Robustheit (Schadenstoleranz) ist die Eigenschaft eines Tragwerks unvorhergesehenen bzw unbe-ruumlcksichtigten Beanspruchungen oder Ausfaumlllen zielgerecht zu widerstehen Ein normengemaumlszliger Entwurf fuumlhrt nicht automatisch zu robusten Tragwerken Der Begriff Robustheit bei Tragwerken oder Tragwerksteilen umfasst nicht nur die Faumlhigkeit nicht ploumltzlich d h ohne Vorankuumlndigung zu versagen Robustheit ergibt sich auch dann wenn sich Schaumldigungen oder Versagen auf ein Aus-maszlig begrenzen welches in einem vertretbaren Verhaumlltnis zur Ursache steht Dies bedeutet dass beispielsweise ein lokaler Schaden nicht zu einem Versagen des gesamten Tragwerks fuumlhren darf Wird dieses Verstaumlndnis auf groszlige Tragwerke uumlbertragen so koumlnnen diese nur dann als robust gel-ten wenn der Ausfall eines Tragwerkteils nicht zum Einsturz des Bauwerks fuumlhrt Kriterien fuumlr die Robustheit eines Tragwerks sind minus Redundanz bei Tragwerksteilen minus zusaumltzliche uumlber die Normforderung hinausgehende rechnerische Tragfaumlhigkeit minus zusaumltzliche Duktilitaumlt in den Querschnitten minus statische Unbestimmtheit des statischen Systems minus nicht sproumldes Versagen von Querschnitten minus monolithische Bauweise des Bauwerks minus kraftflussorientierte Form und Kompaktheit des Tragwerks (minimale Oberflaumlche) minus fehlerunanfaumlllige Herstellbarkeit des Bauwerks

Weitere Hinweise zum Begriff Robustheit sind in Poumltzl (1996) Muumlllers (2007) Kraumltzig et al (2007) enthalten

(10) Tragfaumlhigkeit Unter dem Begriff Tragfaumlhigkeit ist allgemein die Sicherheit gegen Stoumlrungen des mechanischen Gleichgewichts der inneren und aumluszligeren Kraumlfte an einem Tragwerk bzw Tragsystem oder seiner Teile zu verstehen Ein Tragwerk ist dann ausreichend tragfaumlhig wenn es mit angemessener Zuver-laumlssigkeit den erwarteten Einwirkungen widersteht die waumlhrend seiner Nutzung auftreten koumlnnen Ein Synonym fuumlr Tragfaumlhigkeit ist der Begriff Standsicherheit oder Tragsicherheit Die Tragfaumlhigkeit ist am Tragwerk als Ganzes mit geotechnischen Nachweisen nach DIN EN 1997 (z B Grundbruch Gelaumlndebruch Gleit- Lagesicherheit usw entsprechende Grenzzustaumlnde HYD UPL GEO EQU) und in maszliggebenden Querschnitten durch einzelne Bauteile (z B Biege- und Querkraftversagen Materialermuumldung usw entsprechende Grenzzustaumlnde STR FAT) zu untersuchen

(11) Risiko Unter technischem Risiko versteht man nach ISO 13824 allgemein die Kombination aus Haumlufigkeit oder Wahrscheinlichkeit des Versagens eines Bauwerks und der Auswirkung dieses Versagens im Hinblick auf Schaumlden fuumlr Leib und Leben von Menschen materielle und auch ideelle Verluste Um-weltschaumlden etc Mathematisch laumlsst sich das Risiko als Produkt aus Versagenswahrscheinlichkeit und Schadenshoumlhe definieren Unter dem Vergleichs- oder Grenzrisiko versteht man denjenigen Wert der von der Gesellschaft gerade noch toleriert wird Bei Einhaltung desselben Wertes fuumlr das Grenzrisiko ist allgemein fuumlr ein groszliges Bauwerk mit hohem Gefaumlhrdungspotential die Einhaltung einer geringen Versagenswahrscheinlichkeit (hohe Tragfaumlhigkeit) erforderlich waumlhrend fuumlr ein klei-nes Bauwerk mit geringerem Schadensausmaszlig von der Gesellschaft eine houmlhere Versagenswahr-scheinlichkeit (geringere Tragfaumlhigkeit) akzeptiert wird

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22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

(1) Massive Wasserbauwerke besitzen uumlberwiegend dicke Querschnitte und zeichnen sich oft durch ein raumlumliches Tragverhalten aus Bei der statischen Modellierung sind diese Besonderheiten entspre-chend zu beruumlcksichtigen

(2) Aufgrund der Eigenheiten von Wasserbauwerken weisen deren Bauteile meist ein duktiles Bauteil-verhalten auf insbesondere dann wenn minus eine Mindestbewehrung zur Aufnahme des Rissmomentes nach DIN EN 1992-1-1 vorhanden

ist oder minus bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen die Lastexzentrizitaumlt edh le 04 ist oder minus scheiben- bzw plattenfoumlrmige Querschnitte mit massigen Abmessungen (Dicke gt 08 m) vor-

liegen oder minus es bei Tragwerken mit Erddrucklasten Bettungen bzw vergleichbaren Baugrundeffekten vor

Eintritt des Gesamtversagens zu maszliggebenden Lastumlagerungen mit erkennbaren Verfor-mungen kommt

Kein duktiles Bauteilverhalten ist gegeben wenn die maszliggebenden Grenzzustaumlnde durch Stabili-taumltsversagen oder Materialermuumldung im Bewehrungsstahl bestimmt werden

(3) Bei Schiffsschleusen ist zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge zyklische Beanspru-chungen mit teilweise groszligen rechnerischen Spannungsschwingbreiten auftreten so dass bei hohen Lastspielzahlen entsprechende Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren sind

(4) Die bei aumllteren Wasserbauwerken haumlufig anzutreffende zonierte Bauweise ist bei der ggf notwendi-gen Materialuntersuchung einschlieszliglich Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung entsprechend zu beruumlcksichtigen

(5) Lasten aus Wasserdruck gehoumlren zu den wichtigsten Einwirkungen und werden durch oberirdische Gewaumlsser bzw durch anstehendes Grundwasser hervorgerufen Sie wirken als Lasten zunaumlchst auf die jeweilige Bauteiloberflaumlche (aumluszligerer Wasserdruck) Aufgrund der geringen aber immer vorhan-denen Durchlaumlssigkeit des jeweiligen Bauwerkskoumlrpers infolge von Porositaumlt Rissbildung undichter Arbeitsfugen u a dringt Wasser in den Querschnitt ein was zur Bildung eines inneren Wasser-drucks fuumlhrt der nach DIN 19702 als Riss- und Porenwasserdruck bei den Nachweisen im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit zu beruumlcksichtigen ist

23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

(1) Bei der Untersuchung zur Bewertung der Tragfaumlhigkeit nach diesem Merkblatt handelt es sich um ein gestuftes Verfahren bei dem der Untersuchungsaufwand am Bauwerk sowie die Nachweisfuumlh-rung modifiziert werden Das Vorgehen ist in drei Stufen A B und C gemaumlszlig Bild 1 eingeteilt Die den Untersuchungsstufen zugeordneten Bearbeitungsschritte sind in Tabelle 1 aufgelistet Das be-schriebene dreistufige Verfahren stellt ein grundsaumltzliches Vorgehensprinzip dar und ist jeweils an die speziellen Bedingungen am konkreten Objekt anzupassen Es kann sinnvoll sein bei entspre-chender Sachlage auf die Bearbeitung der Stufe A zu verzichten und mit Stufe B zu beginnen Ggf kann bereits nach Stufe A das Untersuchungsergebnis so eindeutig sein dass sich eine weitere Un-tersuchung eruumlbrigt bzw Handlungsbedarf hinsichtlich erforderlicher Sicherungsmaszlignahmen be-steht Die Bearbeitungsschritte in der Stufe C umfassen teilweise wissenschaftliche nicht standardisierte Verfahren und Methoden und erfordern eine gutachterliche Bearbeitung

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(2) Die Untersuchungen und Nachrechnung sind von einem im Wasserbau erfahrenen Tragwerksplaner durchzufuumlhren

(3) Die Bearbeitungsergebnisse sind in jeder einzelnen Untersuchungsstufe vollstaumlndig und in uumlber-sichtlicher Form in einem Bericht zu dokumentieren Fuumlr die Bewertung sind neben der vollstaumlndigen Dokumentation die wesentlichen Berechnungsergebnisse in einer komprimierten schriftlichen und grafischen Darstellung auf Basis von Auslastungsgraden (Verhaumlltnis aus vorhandener Beanspru-chung und Widerstand) dargestellt fuumlr Bemessungsschnitte im untersuchten Querschnitt zusam-menzufassen

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung)

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Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungs-stufen A bis C

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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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BAW-Merkblatt (2010) Bauwerksinspektion

BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

BAW-Brief Nr 4 (2012) Gefaumlhrdung von Schleusen aus Stahlbeton infolge Materialermuumldung und be-sondere Hinweise fuumlr die Bauwerkspruumlfung

DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

Deutscher Beton- und Bautechnikverein (2013) Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr Stahlbeton-bauteile Merkblatt

DIN 1045-12001-07 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016

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DIN 53804-12002-04 Statistische Auswertung - Teil 1 Kontinuierliche Merkmale Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1992-1-12013-04 Eurocode 2 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbeton-tragwerken - Teil 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fuumlr den Hochbau Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

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Nachrechnungsrichtlinie (2011) Richtlinie zur Nachrechnung von Straszligenbruumlcken im Bestand Bundes-ministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

TR-W (2014) Technisches Regelwerk ndash Wasserstraszligen Bundesministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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4

22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

(1) Massive Wasserbauwerke besitzen uumlberwiegend dicke Querschnitte und zeichnen sich oft durch ein raumlumliches Tragverhalten aus Bei der statischen Modellierung sind diese Besonderheiten entspre-chend zu beruumlcksichtigen

(2) Aufgrund der Eigenheiten von Wasserbauwerken weisen deren Bauteile meist ein duktiles Bauteil-verhalten auf insbesondere dann wenn minus eine Mindestbewehrung zur Aufnahme des Rissmomentes nach DIN EN 1992-1-1 vorhanden

ist oder minus bei unbewehrten stabfoumlrmigen Bauteilen die Lastexzentrizitaumlt edh le 04 ist oder minus scheiben- bzw plattenfoumlrmige Querschnitte mit massigen Abmessungen (Dicke gt 08 m) vor-

liegen oder minus es bei Tragwerken mit Erddrucklasten Bettungen bzw vergleichbaren Baugrundeffekten vor

Eintritt des Gesamtversagens zu maszliggebenden Lastumlagerungen mit erkennbaren Verfor-mungen kommt

Kein duktiles Bauteilverhalten ist gegeben wenn die maszliggebenden Grenzzustaumlnde durch Stabili-taumltsversagen oder Materialermuumldung im Bewehrungsstahl bestimmt werden

(3) Bei Schiffsschleusen ist zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge zyklische Beanspru-chungen mit teilweise groszligen rechnerischen Spannungsschwingbreiten auftreten so dass bei hohen Lastspielzahlen entsprechende Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren sind

(4) Die bei aumllteren Wasserbauwerken haumlufig anzutreffende zonierte Bauweise ist bei der ggf notwendi-gen Materialuntersuchung einschlieszliglich Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung entsprechend zu beruumlcksichtigen

(5) Lasten aus Wasserdruck gehoumlren zu den wichtigsten Einwirkungen und werden durch oberirdische Gewaumlsser bzw durch anstehendes Grundwasser hervorgerufen Sie wirken als Lasten zunaumlchst auf die jeweilige Bauteiloberflaumlche (aumluszligerer Wasserdruck) Aufgrund der geringen aber immer vorhan-denen Durchlaumlssigkeit des jeweiligen Bauwerkskoumlrpers infolge von Porositaumlt Rissbildung undichter Arbeitsfugen u a dringt Wasser in den Querschnitt ein was zur Bildung eines inneren Wasser-drucks fuumlhrt der nach DIN 19702 als Riss- und Porenwasserdruck bei den Nachweisen im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit zu beruumlcksichtigen ist

23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

(1) Bei der Untersuchung zur Bewertung der Tragfaumlhigkeit nach diesem Merkblatt handelt es sich um ein gestuftes Verfahren bei dem der Untersuchungsaufwand am Bauwerk sowie die Nachweisfuumlh-rung modifiziert werden Das Vorgehen ist in drei Stufen A B und C gemaumlszlig Bild 1 eingeteilt Die den Untersuchungsstufen zugeordneten Bearbeitungsschritte sind in Tabelle 1 aufgelistet Das be-schriebene dreistufige Verfahren stellt ein grundsaumltzliches Vorgehensprinzip dar und ist jeweils an die speziellen Bedingungen am konkreten Objekt anzupassen Es kann sinnvoll sein bei entspre-chender Sachlage auf die Bearbeitung der Stufe A zu verzichten und mit Stufe B zu beginnen Ggf kann bereits nach Stufe A das Untersuchungsergebnis so eindeutig sein dass sich eine weitere Un-tersuchung eruumlbrigt bzw Handlungsbedarf hinsichtlich erforderlicher Sicherungsmaszlignahmen be-steht Die Bearbeitungsschritte in der Stufe C umfassen teilweise wissenschaftliche nicht standardisierte Verfahren und Methoden und erfordern eine gutachterliche Bearbeitung

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5

(2) Die Untersuchungen und Nachrechnung sind von einem im Wasserbau erfahrenen Tragwerksplaner durchzufuumlhren

(3) Die Bearbeitungsergebnisse sind in jeder einzelnen Untersuchungsstufe vollstaumlndig und in uumlber-sichtlicher Form in einem Bericht zu dokumentieren Fuumlr die Bewertung sind neben der vollstaumlndigen Dokumentation die wesentlichen Berechnungsergebnisse in einer komprimierten schriftlichen und grafischen Darstellung auf Basis von Auslastungsgraden (Verhaumlltnis aus vorhandener Beanspru-chung und Widerstand) dargestellt fuumlr Bemessungsschnitte im untersuchten Querschnitt zusam-menzufassen

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung)

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Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungs-stufen A bis C

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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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11

33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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(2) Die Untersuchungen und Nachrechnung sind von einem im Wasserbau erfahrenen Tragwerksplaner durchzufuumlhren

(3) Die Bearbeitungsergebnisse sind in jeder einzelnen Untersuchungsstufe vollstaumlndig und in uumlber-sichtlicher Form in einem Bericht zu dokumentieren Fuumlr die Bewertung sind neben der vollstaumlndigen Dokumentation die wesentlichen Berechnungsergebnisse in einer komprimierten schriftlichen und grafischen Darstellung auf Basis von Auslastungsgraden (Verhaumlltnis aus vorhandener Beanspru-chung und Widerstand) dargestellt fuumlr Bemessungsschnitte im untersuchten Querschnitt zusam-menzufassen

Bild 1 Schrittweises Vorgehen in den Untersuchungsstufen A bis C (Prinzipdarstellung)

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Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungs-stufen A bis C

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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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Kunz C (2014) Ein Beitrag zum Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Wasserdruck Bautechnik 91 Heft 5

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BAW-Merkblatt (2010) Bauwerksinspektion

BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

BAW-Brief Nr 4 (2012) Gefaumlhrdung von Schleusen aus Stahlbeton infolge Materialermuumldung und be-sondere Hinweise fuumlr die Bauwerkspruumlfung

DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

Deutscher Beton- und Bautechnikverein (2013) Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr Stahlbeton-bauteile Merkblatt

DIN 1045-12001-07 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016

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DIN 53804-12002-04 Statistische Auswertung - Teil 1 Kontinuierliche Merkmale Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1992-1-12013-04 Eurocode 2 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbeton-tragwerken - Teil 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fuumlr den Hochbau Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

Model Code 2010 (2012) fib Model Code for Concrete Structures International Federation for Structural Concrete Zuumlrich

Nachrechnungsrichtlinie (2011) Richtlinie zur Nachrechnung von Straszligenbruumlcken im Bestand Bundes-ministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

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TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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6

Tabelle 1 Untersuchungsumfang bzw Arbeitsschritte fuumlr den Tragwerksplaner in den Untersuchungs-stufen A bis C

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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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8

(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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3 Grundlagen und Ausgangsbasis

31 Bestandsaufnahme

311 Bestandsunterlagen

(1) Die Angaben in den Bestandsunterlagen sind immer im Rahmen von Objektbegehungen zu kontrol-lieren bzw zu aktualisieren und bei Unvollstaumlndigkeit nach entsprechender Untersuchung vor Ort zu ergaumlnzen Einwirkungen sind auf Sinnhaftigkeit und Plausibilitaumlt zu uumlberpruumlfen Da nicht alle Anga-ben mit vertretbarem Aufwand ermittelt werden koumlnnen muumlssen entsprechende Annahmen auf der Basis anderer Unterlagen getroffen werden ggf in Kombination mit Sensitivitaumltsbetrachtungen im Zuge der weiteren Untersuchungen

(2) Qualitaumlt und Grad der Vollstaumlndigkeit der Bestandsunterlagen sind im Bericht zu dokumentieren und bei der Ergebnisbewertung zu beruumlcksichtigen

312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion

(1) Im Rahmen der Tragfaumlhigkeitsuntersuchung sind die Berichte aus der Bauwerksinspektion auszu-werten und sicherheitsbestimmende Komponenten innerhalb der einzelnen Schadensklassifizierun-gen herauszuarbeiten

(2) Das Ergebnis der Auswertung der Bauwerksinspektion ist im Rahmen der Dokumentation der Trag-faumlhigkeitsuntersuchungen im Abschlussbericht darzustellen

313 Messungen

(1) Ergebnisse von Messungen sind bei entsprechender Eignung in der statischen Untersuchung zu beruumlcksichtigen

(2) Neben den Inspektionsmessungen kann es erforderlich werden zusaumltzliche messtechnische Analy-sen am Bauwerk vorzunehmen die vorrangig in der Untersuchungsstufe C von Bedeutung sind hierzu siehe Abschnitt 42

(3) Qualitaumlt und Umfang der beruumlcksichtigten Messungen sind im Untersuchungsbericht entsprechend zu dokumentieren

32 Einwirkungen

321 Staumlndige Einwirkungen

Eigengewicht

(1) Das Eigengewicht der Bauteile ist in Untersuchungsstufe A auf Basis der Bestandsplaumlne zu bestim-men Wichtige Maszlige zugaumlnglicher Bauteile sind am Objekt zu kontrollieren Fuumlr die Wichten der verwendeten Baustoffe kann in der Untersuchungsstufe A von folgenden Werten ausgegangen wer-den minus unbewehrter Beton 23 kNm3 minus schwach bewehrter (geringer als Mindestbewehrung) Beton 24 kNm3 minus Stahlbeton mit Bewehrungsgehalt groumlszliger als Mindestbewehrung 25 kNm3 minus Mauerwerk Festlegung unter Beachtung der Steinrohdichte

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(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

Deutscher Beton- und Bautechnikverein (2013) Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr Stahlbeton-bauteile Merkblatt

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DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

Model Code 2010 (2012) fib Model Code for Concrete Structures International Federation for Structural Concrete Zuumlrich

Nachrechnungsrichtlinie (2011) Richtlinie zur Nachrechnung von Straszligenbruumlcken im Bestand Bundes-ministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

TR-W (2014) Technisches Regelwerk ndash Wasserstraszligen Bundesministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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8

(2) In den Untersuchungsstufen B und C sind im Rahmen einer Aktualisierung die Abmessungen aller Bauteile grundsaumltzlich vor Ort zu uumlberpruumlfen Die Materialwichten sind uumlber die Dichte aus der Stoff-untersuchung im Labor abzuleiten

Erddruck

(3) In den Untersuchungsstufen A und B ist der Erddruck mit Hilfe von Erddruckbeiwerten zu ermitteln In der Stufe C ist in den meisten Faumlllen eine numerische Berechnung mit Beruumlcksichtigung der Bauwerksverformungen unter realitaumltsnahen Steifigkeiten von Boden und Tragwerk sinnvoll

(4) Der Ansatz von Erddruckreaktionen infolge temperaturbedingter Zwangsverformungen ist im Grenz-zustand der Tragfaumlhigkeit bei uumlblichen Wasserbaukonstruktionen nicht erforderlich

322 Veraumlnderliche Einwirkungen

Einwirkungen infolge Wasserdrucks

(1) Wasserdruck ist grundsaumltzlich eine veraumlnderliche Einwirkung darf aber wenn dessen Groumlszlige auf-grund geometrischer Gegebenheiten (z B Uumlberlaufkanten) oder anderweitig begrenzt ist als eine staumlndige Einwirkung behandelt werden

(2) Fuumlr die Nachweise ausreichender Tragfaumlhigkeit sind i d R obere und untere Wasserstaumlnde als charakteristische Werte nach DIN 19702 zu ermitteln Fuumlr die Nachweise hinsichtlich Materialermuuml-dung und die ggf erforderlichen Nachweise der Gebrauchstauglichkeit ist von mittleren bzw von un-ter normalen Betriebsbedingungen maszliggebenden Wasserstaumlnden auszugehen

(3) Die Verteilung des inneren Wasserdrucks ist grundsaumltzlich nach Lieckfeldt (1898) anzusetzen d h im Bereich von Rissen und klaffenden Fugen in der Groumlszlige des anstehenden aumluszligeren Wasser-drucks im uumlberdruumlckten Bereich linear veraumlnderlich bis zum Druckrand auf 0 bzw den dort anste-henden Wasserdruck (vgl DIN 19702) Fuumlr Stahlbetonquerschnitte unter Querkraft- und Ermuumldungsbeanspruchung hingegen koumlnnen fuumlr den inneren Wasserdruck die Naumlherungsansaumltze in Bild 2 zur Anwendung kommen

(4) In der Untersuchungsstufe C ist alternativ auch eine hydronumerische Berechnung der Riss- und Porenwasserdruumlcke unter Beruumlcksichtigung der jeweiligen Wasserdurchlaumlssigkeiten zulaumlssig Dafuumlr sind im Vorfeld Festlegungen zur Definition der Geometrie der jeweiligen Risszone und deren Per-meabilitaumlt zu treffen

Vertikale Verkehrslasten

(5) Die Lasteinfluumlsse aus Verkehr infolge Fahrzeugbetriebs oder ortsveraumlnderlicher Krane muumlssen ent-sprechend dem tatsaumlchlichen Aufkommen am konkreten Objekt festgelegt werden Sind keine An-gaben verfuumlgbar ist zunaumlchst von einer gleichmaumlszligig verteilten Flaumlchenlast von 10 kNm2 in der staumlndigen Bemessungssituation auszugehen

Trossenzug infolge Schifffahrt

(6) Lasten aus Trossenzug an Schifffahrtsschleusen und anderen massiven Wasserbauwerken mit Schifffahrtsbetrieb sind in Abhaumlngigkeit von der Wasserstraszligenklasse bzw der Schiffstonnage ge-maumlszlig folgender Tabelle 2 festzulegen Die Lastkomponente orthogonal zur Kammerwandoberflaumlche darf mit k03 Qsdot die Komponente parallel zur Oberflaumlche mit k095 Qsdot angesetzt werden

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9

Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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10

(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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11

33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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12

Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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13

tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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14

(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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16

(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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19

Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

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30

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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9

Bild 2 Ansatz der Verteilung des inneren Wasserdrucks σw im Stahlbetonquerschnitt zum Nachweis verschiedener Grenzzustaumlnde unter Beruumlcksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Was-ser γF (Beispiel Schleusenkammerwand)

Tabelle 2 Charakteristische Trossenzuglasten Qk in Abhaumlngigkeit von der Schiffstonnage bzw Was-serstraszligenklasse (TRANSSC 3R153)

Wasserstr-Klasse Tonnage [t] Qk [kN] 0 - I le 500 100

II 500 bis 1000 150 III - IV le 1500 180

ab 1500 nach DIN 19703

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10

(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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11

33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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10

(7) Fuumlr Einwirkungen infolge Trossenzugs im Festmachebereich von Wehren Kraftwerken usw sind ggf in Abhaumlngigkeit vom konkreten Objekt Sonderregelungen erforderlich

(8) Fuumlr den Tragfaumlhigkeitsnachweis ist der Trossenzug als veraumlnderliche Last in der staumlndigen Bemes-sungssituation zu beruumlcksichtigen Je nach Lage des Bemessungsschnitts kann eine Lastausbrei-tung unter 35deg angenommen werden soweit Bewegungsfugen im Tragwerk den Lastfluss nicht unterbrechen

Temperatur

(9) Temperatureinwirkungen koumlnnen bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit vernach-laumlssigt werden wenn das Tragwerk eine ausreichende Duktilitaumlt besitzt (vgl Abschnitt 22 (2))

Eis

(10) Fuumlr Wasserbauwerke im Binnenbereich die erfahrungsgemaumlszlig keiner exponierten Eisbelastung ausgesetzt sind ist die Einwirkung infolge Eis mit einer horizontalen Linienlast von 45 kNm in Houmlhe des Wasserspiegels in der staumlndigen Bemessungssituation zu beruumlcksichtigen Im Kuumlstenbereich kann die Eiseinwirkung nach EAU (2012) E 177 bestimmt werden

Druckstoszlig

(11) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge des regulaumlren Anlagenbetriebs auftreten koumlnnen sind objektspezifisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entspre-chend zu beruumlcksichtigen

323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall von baulichen Sicherungselementen

(1) Wird die Beanspruchung von Tragwerken durch Sicherungselemente (Draumlnagen Dichtungen usw) beeinflusst ist die Auswirkung deren Versagens zu untersuchen Dabei ist im Vorfeld zu pruumlfen in welchem Umfang die Wirkung der Sicherungselemente reduziert werden muss und inwieweit ein To-talausfall infolge stattfindender oder vorzusehender Inspektionsmaszlignahmen ausgeschlossen wer-den kann

Gesunkenes Schiff

(2) Die Beanspruchung infolge eines gesunkenen Schiffs ist durch eine begrenzte statisch aumlquivalente Flaumlchenlast in unguumlnstigster Stellung in den Abmessungen der verkehrenden Guumlterschiffe zu be-ruumlcksichtigen Es ist eine Last von minus 26 kNm2 bei Betriebswasserstand und minus 30 kNm2 nach Trockenlegung

anzusetzen Bei kleineren Anlagen ist es sinnvoll in Abhaumlngigkeit von der zugelassenen Tauchtiefe die angegebenen Flaumlchenlasten zu reduzieren Der Lastansatz fuumlr ein trockengelegtes Bauwerk setzt voraus dass mit dem Lenzen des Bauwerks bzw der Haltung fuumlr die Bergung des Schiffes auch gleichzeitig eine Entleerung des Schiffskoumlrpers stattfindet

Druckstoszlig

(3) Druckstoumlszlige in Leitungssystemen von Wasserbauwerken die infolge unplanmaumlszligigen Systemverhal-tens Havarien oder bei anderen auszligerplanmaumlszligigen Vorfaumlllen auftreten koumlnnen sind objektspezi-fisch hydraulisch zu bestimmen und bei der Bemessung entsprechend zu beruumlcksichtigen

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11

33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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11

33 Baustoffe

331 Beton

3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

(1) Die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Betonkennwerte koumlnnen auf der Basis der Tabellen 3 und 4 hergeleitet werden Dabei sind die Festigkeitsangaben aus den Bestandsunterlagen den Betonguumlte-festigkeitsklassen in den Tabellen entsprechend zuzuordnen wenn die Angaben ausrei-chend sind und der angetroffene Zustand vor Ort dem nicht widerspricht Sofern in den Bestandsun-terlagen keinerlei Angaben vorliegen sind bei Bauwerken bis 1972 (bzw 1980 nach TGL) die jeweils unguumlnstigsten charakteristischen Festigkeitskennwerte im auf das Bauwerksalter zutreffen-den Zeitraum zu waumlhlen Bei Bauwerken die nach 1972 (bzw 1980 nach TGL) errichtet wurden kann von einem Mindestwert der Druckfestigkeit von 8 Nmm2 und einer Zugfestigkeit von 05 Nmm2 ausgegangen werden

(2) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist dass die daraus abgeleiteten Betonguumlte-festigkeitsklassen im Sinne der Kriterien fuumlr die Stufe B ermittelt worden sind oder die charakteristischen Kennwerte sich aus den Untersuchungsergebnissen entsprechend dem in Stufe B beschriebenen Verfahren nachtraumlglich be-rechnen lassen

(3) Ist in der Stufe A die Ermittlung des Elastizitaumltsmoduls Ecm erforderlich so ist dieser aus der charak-teristischen Druckfestigkeit fck nach Gleichung 1 zu bestimmen

( )α= sdot sdot +13

cm i ckE 9500 f 8 (1)

mit α+

= + sdot le

cki

f 808 02 1

88

Tabelle 3 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonguumlten und -festigkeitsklassen bis 1972 (bzw 1980 nach TGL)

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

Charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

Charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2 Vor 1932 - 4 02

1932 ndash 1943 DIN 10451932-05 DIN 10451937-05

Wb28 = 120 kgcmsup2 65 03 Wb28 = 160 kgcmsup2 85 04 Wb28 = 210 kgcmsup2 120 05

1943 ndash 1972 DIN 10451943-03 DIN 10451959-11 DIN 42271953-10 TGL bis 1980 TGL 0-10451963-04 TGL 0-10451973-04 TGL 0-42271963-05

B 120 65 03 B 160 110 05 B 225 150 06 B 300 200 07 B 450 300 10 B 600 400 12

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12

Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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13

tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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14

(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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15

ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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16

(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

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BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

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DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

Model Code 2010 (2012) fib Model Code for Concrete Structures International Federation for Structural Concrete Zuumlrich

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PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

TR-W (2014) Technisches Regelwerk ndash Wasserstraszligen Bundesministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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12

Tabelle 4 Zuordnung der charakteristischen Druck- und Zugfestigkeit fuumlr verschiedene Betonfestig-keitsklassen von 1972 bis 2001

Zeitraum Betonguumlte-festigkeitsklasse

charakteristische Druckfestigkeit fckZyl in Nmmsup2

charakteristische Zugfestigkeit

fctk005 in Nmmsup2

1972 ndash 1978 DIN 10451972-01

Bn 50 40 02 Bn 100 80 04 Bn 150 120 05 Bn 250 200 07 Bn 350 275 09 Bn 450 355 11 Bn 550 435 13

1978 ndash 2001 DIN 10451978-23 DIN 10451988-07

B 5 40 02 B 10 80 04 B 15 120 05 B 25 200 07 B 35 275 09 B 45 355 11 B 55 435 13

TGL von 1980 - 1990 inkl TGL 33411011979-06

Bk 5 40 02 Bk 75 55 03 Bk 10 75 04 Bk 15 115 05 Bk 20 150 06 Bk 25 190 07 Bk 35 265 09 Bk 45 340 11 Bk 55 415 12

3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

(1) In den Stufen B und C ist die Entnahme von Bohrkernen zur Bestimmung des Aufbaus der zu be-wertenden Bauteile und von Materialkennwerten (Druck- Zugfestigkeit Dichte ggf statischer E-Modul) grundsaumltzlich erforderlich

(2) Die Untersuchung muss durch einen im Wasserbau erfahrenen Gutachter erfolgen und umfasst minus die Aufstellung eines Untersuchungskonzepts minus die Bauwerksuumlberpruumlfung vor Ort mit Probenentnahme und minus die entsprechenden Laboruntersuchungen

(3) Sofern bereits Ergebnisse von Materialuntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Voraussetzung hierfuumlr ist eine Auswertung und Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den nachfolgend beschriebenen Kriterien

(4) Im Rahmen der Untersuchungen muss der Gutachter unter Bezug auf die Tragfaumlhigkeit auch Aus-sagen zur Dauerhaftigkeit erarbeiten und entscheiden ob ggf die Ermittlung ergaumlnzender dauerhaf-

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13

tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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14

(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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16

(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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BAW-Merkblatt (2010) Bauwerksinspektion

BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

Deutscher Beton- und Bautechnikverein (2013) Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr Stahlbeton-bauteile Merkblatt

DIN 1045-12001-07 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 53804-12002-04 Statistische Auswertung - Teil 1 Kontinuierliche Merkmale Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

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ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

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UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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13

tigkeitsrelevanter Materialkennwerte erforderlich ist (Bewehrungskorrosion AKR Frostwiderstand Betonzusammensetzung u a) Fuumlr die Vorbereitung bzw Planung von Instandsetzungen der Be-tonoberflaumlchen nach ZTV-W LB 219 ist die Anwendung dieses Merkblatts jedoch nicht ausreichend

(5) Die Bauwerks- und Laboruntersuchungen sind in einem zusammenhaumlngenden Bericht zu dokumen-tieren

Untersuchungskonzept

(6) Auf der Basis der Auswertung der Bestandsunterlagen inklusive der Inspektionsberichte der visuel-len Bauwerksbegutachtung durch den Gutachter und der vorgegebenen Ziele der Begutachtung ist in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner ein Konzept fuumlr die Durchfuumlhrung der Bauwerks- und La-boruntersuchungen zu erstellen

(7) Falls erforderlich ist das BauwerkBauteil in Pruumlfbereiche zu unterteilen fuumlr die die begruumlndete An-nahme besteht dass sie Beton der gleichen Grundgesamtheit enthalten Aus statischer Sicht kriti-sche Bereiche muumlssen Beruumlcksichtigung finden

(8) Der Aufbau der einzelnen Bauteile ist grundsaumltzlich sowohl mit Vertikalbohrungen durch das Bau-werk als auch horizontalen Bohrungen im Randbereich zu erkunden

(9) Die Zugfestigkeit darf nicht aus der Druckfestigkeit abgeleitet werden Es muumlssen gesonderte Pruumlf-koumlrper fuumlr die Beprobung beruumlcksichtigt werden In der Regel wird die Zugfestigkeit aus der ermittel-ten Spaltzugfestigkeit abgeleitet

(10) Bei Bauwerken bis 1950 ist grundsaumltzlich eine Bohrlochendoskopie zur Erkundung des Aufbaus der Betonstruktur vorzusehen

(11) Bei der Anwendung ergaumlnzender zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren sind die Merkblaumltter der Deut-schen Gesellschaft fuumlr Zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eV zu beachten

(12) Der verwendete Bohrkerndurchmesser sollte mindestens dem Dreifachen des im Beton vorhande-nen Groumlszligtkorns der Gesteinskoumlrnung entsprechen Koumlnnen keine Angaben zum Groumlszligtkorn in Erfah-rung gebracht werden sind Bohrkerne mit einem Bohrkerndurchmesser von etwa 150 mm vorzusehen

(13) Im Regelfall sind aus statistischen Gruumlnden je Pruumlfziel mindestens acht repraumlsentative Pruumlfkoumlrper je Pruumlfbereich vorzusehen

(14) Entnahme Dokumentation Zwischenlagerung und Transport der Bohrkerne sind nach BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) zu planen

Bauwerksuntersuchungen und Probennahme

(15) Der Gutachter muss das Tragwerk visuell handnah und umfassend hinsichtlich erkennbarer Schad-stellen Gefuumlgestoumlrungen Betonierfehler und Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften inspizieren und die Umsetzung des Untersuchungskonzepts absichern

(16) Fuumlr die vorbestimmten Pruumlfbereiche und ggf weitere auffaumlllige Bereiche sind durch den Gutachter repraumlsentative Bohrkernentnahmestellen unter Beruumlcksichtigung einer moumlglichst geringen Beein-traumlchtigung des Tragwerks infolge der Bohrkernentnahme festzulegen

(17) Die ggf vorhandene Bewehrung im Bereich der Bohrstellen ist zur Vermeidung von Beschaumldigun-gen an der tragenden Bewehrung mittels zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren einzumessen

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14

(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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15

ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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16

(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016

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A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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14

(18) Der Gutachter muss die Bohrkerne nach der Entnahme zeitnah vor Ort visuell begutachten In Ab-haumlngigkeit der daraus gewonnenen Erkenntnisse ist ggf das Untersuchungskonzept anzupassen

(19) Sofern keine zusammenhaumlngenden Bohrkerne gewonnen werden koumlnnen sind ndash ergaumlnzend zu (10) ndash die Bohrloumlcher zu endoskopieren

Laboruntersuchungen

(20) Die Bohrkerne sind zusammenhaumlngend auszulegen und fotografisch zu dokumentieren Der Zu-stand der Bohrkerne (Zusammensetzung Kornverteilung Fehlstellen Risse Bewehrung usw) ist zu erfassen und zu bewerten

(21) Der Anteil der Bohrkerne der auf Grund des Zustands der Bohrkerne nicht zur Herstellung von Pruumlfkoumlrpern verwendet werden kann ist anzugeben und mit der Bohrlochendoskopie abzugleichen

(22) Die Bestimmung der Druckfestigkeit an kreiszylindrischen Pruumlfkoumlrpern erfolgt nach DIN EN 12390-3 vorzugsweise mit einem Seitenverhaumlltnis hd = 20 um eine direkt fuumlr DIN EN 1992-1-1 anwendbare Zylinderdruckfestigkeit zu erhalten

(23) Bei Pruumlfkoumlrpern mit einem Seitenverhaumlltnis von hd = 10 ist die daran ermittelte Bohrkernfestigkeit fcBk10 anschlieszligend gemaumlszlig Gleichung 2 umzurechnen

= sdotcBk20 cBk10f 082 f (2)

(24) Da die Druckfestigkeit der Pruumlfkoumlrper mit deren Feuchtigkeit korreliert sind die Proben in einem mit dem Bauwerksbeton vergleichbaren Feuchtezustand zu pruumlfen Sofern dies nicht moumlglich ist muss der Einfluss des Feuchtegehalts der Pruumlfkoumlrper in geeigneter Weise beruumlcksichtigt werden

(25) Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit fctsp muss nach DIN EN 12390-6 erfolgen Sofern nicht direkt bestimmt wird die Zugfestigkeit fct aus den Ergebnissen der Spaltzugfestigkeitspruumlfungen fctsp abge-leitet Die Umrechnung erfolgt gemaumlszlig Gleichung 3

= sdotct ctspf 09 f (3)

(26) Fuumlr die Bestimmung der charakteristischen Materialkennwerte ist von einer logarithmisch normalver-teilten Stichprobe auszugehen Ein Ausreiszliger-Test ist vorzuschalten und die Annahme der logarith-misch normalverteilten Stichprobe zu uumlberpruumlfen

(27) Die Ermittlung der Parameter der logarithmisch normalverteilten Stichprobe (Mittelwert my Stan-dardabweichung sy Variationskoeffizient Vy) erfolgt gemaumlszlig Gleichungen 4 bis 6

Mittelwert =

= sumn

y ii 1

1m lnxn

(4)

Standardabweichung ( )=

= sdot minusminus sum

n

y i yi 1

1s lnx m sup2n 1

(5)

Variationskoeffizient = minus2ys

yV e 1 (6)

(28) Die Bestimmung der charakteristischen Betondruckfestigkeit fckis und der charakteristischen Zugfes-tigkeit fctkis erfolgt nach DIN EN 1990 ohne Vorinformation uumlber den Variationskoeffizienten Dieser

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15

ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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16

(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

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VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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ist aus den Pruumlfergebnissen der Laborversuche zu bestimmen Bei Zugrundelegung einer logarith-mischen Normalverteilung berechnen sich die charakteristischen Werte Xk aus den Ergebnissen der Laborversuche nach DIN EN 1990 entsprechend der Gleichung 7

( )= minus sdotk y n yX exp m k s (7)

Der Fraktilenfaktor fuumlr charakteristische Werte kn ist in Tabelle 5 enthalten

Tabelle 5 Fraktilenfaktor kn in Abhaumlngigkeit von der Probekoumlrperanzahl (95-Vertrauensintervall Variationskoeffizient unbekannt)

n 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 100 infin

kn 636 465 394 354 328 310 296 286 276 270 264 259 254 238 221 193 164

332 Betonstahl

(1) Lage Menge und Guumlte der eingelegten Betonstaumlhle sind den Bestandsunterlagen zu entnehmen Wenn keine eindeutige Identifizierung moumlglich ist oder keine aussagekraumlftigen Unterlagen vorliegen sind unter Beachtung von (6) Materialkennwerte an entnommenen Proben experimentell zu ermit-teln

(2) Die charakteristische Streckgrenze fyk des Betonstahls kann in Abhaumlngigkeit vom Herstellungsjahr und von der Herstellungsart nach Tabelle 6 und fuumlr zugelassene Betonformstaumlhle nach Tabelle 7 angenommen werden

(3) Bei Bauwerken die vor 1953 errichtet wurden und bei denen die Bemessung auf der Basis der Ta-bellen 6 bzw 7 einen Auslastungsgrad groumlszliger 85 ergibt sind in den Untersuchungsstufen B und C zur Absicherung die charakteristischen Materialkennwerte an Materialproben zu verifizieren

(4) Wenn in den Unterlagen zulaumlssige Spannungen bdquozul σldquo angegeben sind kann der charakteristische Rechenwert fyk auf der sicheren Seite auch mit der Beziehung fyk = 16 zul σ ermittelt werden

(5) Da die Gewinnung von Materialproben einen zerstoumlrenden Eingriff darstellt und interessierende Bereiche oft nicht zugaumlnglich sind ist durch Vorbetrachtungen zu klaumlren ob die Tragfaumlhigkeit nicht mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen nachgewiesen werden kann

(6) Die Anzahl der Proben ist so auszuwaumlhlen dass die Ergebnisse als repraumlsentativ anzusehen sind Fuumlnf Proben einer Stahlsorte gelten als Mindestwert Die Lage der Entnahmestellen ist durch stati-sche Betrachtungen bauteilvertraumlglich festzulegen und darf nicht zu einer Gefaumlhrdung der Tragfauml-higkeit fuumlhren Bei Erfordernis sind die entnommenen Staumlbe durch neu einzubauende Teile zu ersetzen

(7) Bei Werkstoffuntersuchungen sind folgende mechanische Eigenschaften zu bestimmen minus Streckgrenze minus Zugfestigkeit minus Verhaumlltnis der Zugfestigkeit zur Streckgrenze minus Dehnung bei Houmlchstlast

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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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23

(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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(8) Zugversuche sind nach DIN EN ISO 6892-1 durchzufuumlhren Der charakteristische Rechenwert fyk ist nach DIN EN 1990 Anhang D als 5-Quantile zu bestimmen Der Fraktilenfaktor kn ist analog zu Tabelle 5 in Abschnitt 331 anzupassen Der Variationskoeffizient darf mit Vi = 010 angesetzt wer-den

(9) Der Elastizitaumltsmodul kann bei allen Betonstaumlhlen mit ES = 200000 Nmm2 angenommen werden

Tabelle 6 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonstabstaumlhlen verschiedener Zeitperioden

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2 -

Glatte Rundstaumlhle DIN 1000 DIN 1612 DIN 488

Schweiszligeisen vor 1923 180 -

Flusseisen Flussstahl (Bauwerkseisen Handelseisen)

vor 1925 220 B

Flussstahl (Handelseisen St 37 St 3712 St 0012) 1925-1943 220 B

Betonstahlgruppe I 1943-1972 220 B

BSt 220340 GU 1972-1984 220 B

Hochwertiger Baustahl St 48 1925-1932 290 B

Hochwertiger Beton- und Baustahl St 52 1932-1943 3401) B

Betonstahlgruppe IIa 1943-1972 3401) B

Glatte Rundstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-0 Betonstahl I 1965-1985 220 B

St A-I Betonstahl I 1965-1990 240 B

St B-IV St B-IV S 1972-1990 490 -

Betonrippenstaumlhle DIN 488

BSt 420500 RU (III) 1972-1984 420

B

BSt 420500 RK (III) A

BSt 420 S (III)

seit 1984

420 B

BSt 420 S (III) verwunden A

BSt 500 S (IV) 500

B

BSt 500 S (IV) verwunden A

Betonrippenstaumlhle TGL 101-054 TGL 12530 TGL 33403

St A-III 1965-1990 390 B

St T-III 1976-1985 400 B

St T-IV 1976-1990 490

B

St B-IV RDP St B-IV S-RDP 1979-1990 -

Quergerippter Betonformstahl mit Zulassung von 1952 QUERI-Stahl Ilseder-Stahl NORI-Stahl

Betonstahlgruppe I

1952-1963

220

B Betonstahlgruppe IIa 3401)

Betonstahlgruppe IIIa 4002)

Betonstahlgruppe IVa 500

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Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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Kunz C (2014) Ein Beitrag zum Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Wasserdruck Bautechnik 91 Heft 5

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BAW-Merkblatt (2010) Bauwerksinspektion

BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

BAW-Brief Nr 4 (2012) Gefaumlhrdung von Schleusen aus Stahlbeton infolge Materialermuumldung und be-sondere Hinweise fuumlr die Bauwerkspruumlfung

DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

Deutscher Beton- und Bautechnikverein (2013) Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr Stahlbeton-bauteile Merkblatt

DIN 1045-12001-07 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 53804-12002-04 Statistische Auswertung - Teil 1 Kontinuierliche Merkmale Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1992-1-12013-04 Eurocode 2 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbeton-tragwerken - Teil 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fuumlr den Hochbau Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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17

Betonstabstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Rippen-Torstahl Betonstahlgruppe IIIb 1962-1972

4002)

- FILITON-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1965-1969

NORECK-Stahl Betonstahlgruppe IIIb 1960-1967

HI-BOND-A-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1962-1973 B

DIROC-Stahl Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969

Betonformstahl

BSt 420500 RUS BSt 420500 RTS seit 1977 420 B

BSt 500550 RU (IV) 1973-1984 500

B

BSt 500550 RK (IV) A

BSt 500550 RUS 1976-1984 500 B

BSt 500550 RTS

GEWI-Stahl BSt 420500 RU (III) seit 1974 420 B

BSt 500 S (IV) seit 1984 500 - 1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmessern lt 18 mm

Tabelle 7 Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitaumltsklassen von Betonformstaumlhlen mit Zulassung verschiedener Zeitperioden

Betonformstahl Verwendungs-zeitraum

Charakteristische Streckgrenze fyk

Duktilitaumltsklasse nach EC 2

Bezeichnung Stahlbezeichnung Jahr Nmmsup2

Isteg-Stahl min St 37

durch Verwindung kaltver-festigt

1933-1942 3401) -

Drillwulst-Stahl St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1956 3401)

Nocken-Stahl

St 52 1937-1943 3401)

B Betonstahlgruppe IIIa 1943-1954 4002)

Betonstahlgruppe IVa 1943-1956 500

Torstahl

Torstahl 3615 1938-1943 360

- Torstahl 4010 1938-1943 400

Betonstahlgruppe IIIb 1943-1959 4002)

Stahl-Becker KG Betonstahlgruppe IIIa 1964-1969 4002) B

Betonformstahl vom Ring

BSt 500 WR (IV) seit 1984 500

B

BSt 500 KR (IV) A

Betonstahl in Ringen mit Sonderrippung BSt 500 WR seit 1991 500 A

1) Erhoumlhung auf 360 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm 2) Erhoumlhung auf 420 Nmmsup2 bei Stabdurchmesser le 18 mm

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18

333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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19

Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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20

412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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21

Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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22

414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

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BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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333 Mauerwerk

(1) In Untersuchungsstufe A koumlnnen die fuumlr die statischen Nachweise erforderlichen Mauerwerkskenn-werte den Bestandsunterlagen entnommen werden Liegen keine genaueren Materialkennwerte vor koumlnnen diese anhand von Erfahrungswerten auf der sicheren Seite liegend abgeschaumltzt werden Vergleichswerte sind in DIN EN 1996-3 Anhang NAD enthalten

(2) In den Stufen B und C sind Materialuntersuchungen zur Ermittlung der erforderlichen Kennwerte an Pruumlfkoumlrpern aus Mauersteinen und moumlglichst an Verbundpruumlfkoumlrpern durchzufuumlhren

(3) Bauwerksuntersuchung Bohrkern- und Probenentnahme Laboruntersuchungen sowie statistische Auswertung erfolgen analog Betonbauwerken gemaumlszlig 3312

(4) Die Kennwerte fuumlr Ziegelmauerwerk werden entsprechend der Normenreihen DIN EN 772 sowie DIN EN 1052 ermittelt Fuumlr Natursteinmauerwerk sind besondere Ansaumltze erforderlich

334 Baugrund

(1) Die charakteristischen Werte der fuumlr die statischen Berechnungen erforderlichen Bodenkenngroumlszligen koumlnnen in Untersuchungsstufe A dem Bestandswerk entnommen werden sind jedoch mit den For-derungen und Definitionen der heutigen Standards entsprechend abzugleichen Stehen Unterlagen nicht zur Verfuumlgung koumlnnen bei bekannter Bodenschichtung zunaumlchst geeignete Erfahrungswerte (z B nach EAU (2012)) herangezogen werden Im Bericht ist anzugeben auf welcher Basis die an-gesetzten Bodenkennwerte festgelegt wurden

(2) In den Stufen B und C sind zur Ermittlung der Bodenkenngroumlszligen auf das konkrete Objekt angepass-te Baugrunduntersuchungen durch einen Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik gemaumlszlig DIN 4020 not-wendig deren Ergebnisse in einem geotechnischen Untersuchungsbericht (Baugrundgutachten) gemaumlszlig DIN EN 1997-1 Abschnitt 34 zusammenzustellen sind Sofern bereits Ergebnisse von zu-ruumlckliegenden Baugrunduntersuchungen vorliegen koumlnnen diese verwendet werden Vorausset-zung hierfuumlr ist eine Auswertung bzw Bewertung der Ergebnisse gemaumlszlig den heute geltenden Standards

4 Statische Berechnungen

41 Stufen A und B

411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

(1) Fuumlr die Berechnungen an massiven Wasserbauwerken aus Beton oder Stahlbeton sind die Teilsi-cherheitsbeiwerte in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit mit untenstehenden Ausnahmen aus folgenden Standards zu entnehmen minus Grenzzustaumlnde EQU GEO2

GEO3 HYD UPL DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 minus Grenzzustand STR DIN 19702 mit DIN EN 1992-1-1 minus Grenzzustand FAT DIN EN 1992-1-1

(2) Fuumlr Konstruktionen aus Mauerwerk sind die Werte in DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-3 enthalten

(3) Teilweise abweichend von den genannten Normen sind bei den Nachweisen in den Grenzzustaumlnden STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A die modifizierten Werte in Tabelle 8 zu verwenden

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Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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BAW-Merkblatt (2010) Bauwerksinspektion

BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

Deutscher Beton- und Bautechnikverein (2013) Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr Stahlbeton-bauteile Merkblatt

DIN 1045-12001-07 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

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ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

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UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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19

Tabelle 8 Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite fuumlr die Grenzzustaumlnde STR und GEO2 in der Untersuchungsstufe A

Bemessungssituation

staumlndig voruumlbergehend auszliger-gewoumlhnlich

Einwirkungen

γF

staumlndige Einwirkung allgemein unguumlnstig 130 120

100

guumlnstig 100 100

aktiver Erddruck unguumlnstig 130 120

guumlnstig 100 100

Erdruhedruck unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als staumlndige Einwirkung

unguumlnstig 120 110

guumlnstig 100 100

Wasserdruck als veraumlnderliche Einwirkung

unguumlnstig 125 115

guumlnstig 080 090

Widerstaumlnde Beton γc 140 120

Betonstahl γs 115 ) 100

) fuumlr Betonstahl in Bauwerken die nach 1943 errichtet wurden kann in der staumlndigen und voruumlber-gehenden Bemessungssituation der modifizierte Teilsicherheitsbeiwert γs = 11 angesetzt werden

(4) In der Untersuchungsstufe B sind die Teilsicherheitsbeiwerte nach Anlage 3 unter Beruumlcksichtigung der zu ermittelnden statistischen Basisvariablen (Variationskoeffizient) genauer zu bestimmen So-fern eine genauere Bestimmung nicht vorgenommen wird koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus der Untersuchungsstufe A verwendet werden

(5) Folgende Voraussetzungen muumlssen bei Anwendung der modifizierten Teilsicherheitsbeiwerte nach Absatz (3) erfuumlllt sein minus Es sind keine erkennbaren Schaumlden vorhanden die sich tragfaumlhigkeitsmindernd auswirken minus Am Tragwerk wurde uumlber die gesamte Betriebszeit kein auffaumllliges Verhalten (auszligergewoumlhnli-

che Verformungen Rissbildungen usw) beobachtet minus Die Geometrie des Tragwerkes ist durch Bestandsplaumlne belegt und durch Bauwerkserkundun-

gen vor Ort ausreichend bestaumltigt minus Wasserstandshoumlhen und Grundwasserstaumlnde sind als charakteristische Werte gemaumlszlig DIN

19702 zu ermitteln

(6) Die Grenzzustaumlnde der Gebrauchstauglichkeit sind fuumlr quasi-staumlndige Lastkombinationen und ggf fuumlr seltene (charakteristische) Situationen zu untersuchen

(7) Fuumlr den Ansatz von jahreszeitlichen Temperaturaumlnderungen kann der quasi-staumlndige Wert der Temperaturaumlnderung mit einem Beiwert ψ2 = 05 gebildet werden

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20

412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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21

Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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22

414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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23

(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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25

424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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20

412 Geotechnische Nachweise

(1) Die Nachweisfuumlhrung erfolgt nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054

(2) Der Nachweis ausreichender Gebrauchstauglichkeit wird durch Einhaltung von Grenzwerten fuumlr die Fugenklaffung im Sohlbereich unter charakteristischen Lasten nach DIN 1054 Abschnitt A 665 er-bracht Bei Gruumlndung auf Fels darf auszligerdem die klaffende Fuge in der quasi-staumlndigen Situation die Querschnittshaumllfte nicht uumlberschreiten Weitere Nachweise insbesondere Verformungsnachwei-se sind bei entsprechend unauffaumllligem Erhaltungszustand des Bauwerks grundsaumltzlich nicht erfor-derlich

413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk

(1) Die Nachweise fuumlr Beton sind nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlhren Dabei darf die Festigkeit des Be-tons ggf auch die Normwerte der Tabelle 3 in DIN EN 1992-1-1 unterschreiten vorausgesetzt die zu untersuchenden Bauteile weisen keine groszligen Trennrisse oder anderweitigen Stoumlrungen auf die eine monolithische Tragwirkung gefaumlhrden

(2) Die Nachweise fuumlr Mauerwerk erfolgen nach DIN EN 1996-1-1 nach dem bdquogenaueren Verfahrenldquo Das bdquovereinfachte Verfahrenldquo nach DIN EN 1996-1-3 ist ndash mit Ausnahme der Nutzung der Tabellen fuumlr Mauerwerkskennwerte ndash nicht zulaumlssig

(3) Muss bei beidseitig anstehendem Wasserdruck mit den Wasserdruckhoumlhen H1 und H2 (vgl Bild 3) die Betondruckspannung σcd ermittelt werden kann diese bei dreieckfoumlrmiger Verteilung in Ergaumln-zung zu DIN 19702 aus der absoluten Spannung σabs nach folgenden Gleichungen abgeleitet wer-den

σ σ σcd2 absd2 wd2= minus

mit ( )

( )

2d wd1

absd2 wd1d wd1 d d

N h43 h N h 2 N e

minus sdot= + sdot

sdot minus sdot minus sdot sdot

σσ σ

σ (8)

Bild 3 Skizze zu Gl8 mit dreieckfoumlrmig verteilter Druckspannung

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21

Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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22

414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

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BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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Die wirksame Normalkraft im Querschnitt bei beidseitig anstehendem Wasserdruck kann bei Bedarf aus der Betondruckspannung σcd abgeleitet werden (vgl auch Zusammenstellung in Anlage A1)

(4) Beim Nachweis ausreichender Druckfestigkeit im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit (GZT) kann bei klaffender Fuge von einer rechteckfoumlrmigen Druckspannungsverteilung ausgegangen werden Die Ermittlung der entsprechenden Bemessungsdruckspannung σcd fuumlr die rechteckfoumlrmige Span-

nungsverteilung kann dann mit σ σcd cd34

= sdot entsprechend Bild 4 erfolgen Eine nachfolgende An-

passung der Druckzonenhoumlhe bzw des Riss- und Porenwasserdrucks mit Korrektur der Schnittgroumlszligen ist nicht erforderlich

Bild 4 Rechnerische Spannungsverlaumlufe im Bemessungsschnitt

(5) Der Nachweis ausreichender Querkafttragfaumlhigkeit von Betonquerschnitten erfolgt auf Basis der Gleichungen in Abschnitt 1263 der DIN EN 1992-1-1 Ein ggf erforderlicher Ermuumldungsnachweis kann ebenfalls mit den genannten Gleichungen auf Basis der Oberspannung erfolgen die anzuset-zende Betonzugfestigkeit ist dabei um 50 zu reduzieren

Bei direkter Auflagerung erfolgen die Nachweise im Abstand h2 vom Lager unter dort vorhandenen statischen Verhaumlltnissen

(6) Bei Mauerwerk ist der Nachweis ausreichender Druckfestigkeit nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 6121 zu fuumlhren Der Abminderungsfaktor Φ ist gemaumlszlig Abschnitt 6122 (NA3) Gl NA14 fuumlr in Wandrichtung beanspruchte Querschnitte auf der Grundlage eines rechteckfoumlrmigen Spannungs-blocks zu ermitteln Der Nachweis ausreichender Schubfestigkeit erfolgt nach Abschnitt 62 (NA12) wobei fuumlr die Wandlaumlnge lcal die uumlberdruumlckte Laumlnge lclin der Wandscheibe gemaumlszlig Gl NA20 auf der Grundlage einer dreieckfoumlrmigen Spannungsverteilung einzusetzen ist

(7) Die Gebrauchstauglichkeit (GZG) unbewehrter Querschnitte ist nachgewiesen wenn in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation eine Fugenklaffung wdk h x= minus maximal bis zur Haumllfte des Quer-

schnitts auftritt Bei Betonquerschnitten ist zusaumltzlich in der seltenen (charakteristischen) Situation die Betondruckspannung auf 60 der charakteristischen Festigkeit zu begrenzen Bei Mauerwerk hingegen ist die Begrenzung der Randdehnung nach DIN EN 1996-1-1 Abschnitt 72 NA10 einzu-halten

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414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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BAW-Merkblatt (2010) Bauwerksinspektion

BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

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BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

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DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

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PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

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VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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22

414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

(1) Bei Stahlbetonbauteilen unter Biegebelastung ist die in DIN 19702 Abschnitt 53232 fuumlr einseitig bewehrte Querschnitte angegebene Gleichung zur Ermittlung der Zusatzbewehrung infolge inneren Wasserdrucks naumlherungsweise auch fuumlr beidseitig bewehrte Querschnitte anwendbar

(2) Beim Nachweis der Sicherheit hinsichtlich Materialermuumldung ist zu beachten dass der Ansatz von Riss- und Porenwasserdruck auf die zu ermittelnden Spannungsschwingbreiten ggf auch guumlnstig wirken kann in diesen Faumlllen darf er nicht angesetzt werden

(3) Bei Ermuumldungsnachweisen fuumlr aumlltere Betonstaumlhle mit von der geltenden Norm abweichenden Fes-tigkeiten sind zunaumlchst die WOumlHLER-Linien nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden Wenn keine Angaben vorhanden sind koumlnnen fuumlr diese die Kennwerte der WOumlHLER-Linie in DIN 1045-1 (2001) verwendet werden

(4) Die Nachweise der Querkrafttragfaumlhigkeit fuumlr Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung koumlnnen alternativ zu DIN EN 1992-1-1 Gl (62a) unter Beibehaltung des dortigen Sicherheitsformats nach fib Model Code 2010 (2012) Abschnitt 7332 in der Stufe 2 (Level II Approximation) nach folgenden Gleichungen 9 bis 11 gefuumlhrt werden

γ ε

= sdot sdot sdot sdot sdot+ sdot + sdotRdc ck

c

1 04 1300V f z b1 1500 1000 k z

(9)

Δε = sdot + minus sdot + sdot sdot Ed

Ed Eds s

M1 eV N 052 E A z z

(10)

ge=+g

32kd 16

075 (11)

mit

ε Dehnung in Richtung der Bauteilachse auf halber Houmlhe von z (fuumlr negative Werte (Zug) gilt ε = 0)

MEd NEd VEd Bemessungsschnittgroumlszligen (Druckkraumlfte positiv)

b z Querschnittsbreite und Hebelarm der inneren Kraumlfte in mm

Es As E-Modul und Querschnitt der vorhandenen Biegezugbewehrung

Δe Lastexzentrizitaumlt bez z2 negativ falls Halbierende des Hebelarms z zwischen Druck-zone und Schwerachse liegt (vgl MC 2010 Fig 73-9)

dg Groumlszligtkorndurchmesser in mm

fck Betonnennfestigkeit in Nmm2

Die Bezeichnungen entsprechen weitgehend DIN EN 1992-1-1 hinsichtlich der geometrischen Grouml-szligen und der Anwendungsbedingungen ist der fib Model Code 2010 zu beachten

Unabhaumlngig vom gewaumlhlten Nachweisformat ist in der Untersuchungsstufe B die anzusetzende Be-

tondruckfestigkeit als fiktiver Wert uumlber die Beziehung 32

ck ctk005f 104 f= sdot von der im Rahmen der Be-

tonuntersuchungen ermittelten Zugfestigkeit bzw Spaltzugfestigkeit abzuleiten

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23

(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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Kunz C (2014) Ein Beitrag zum Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Wasserdruck Bautechnik 91 Heft 5

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BAW-Merkblatt (2010) Bauwerksinspektion

BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

BAW-Brief Nr 4 (2012) Gefaumlhrdung von Schleusen aus Stahlbeton infolge Materialermuumldung und be-sondere Hinweise fuumlr die Bauwerkspruumlfung

DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

Deutscher Beton- und Bautechnikverein (2013) Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr Stahlbeton-bauteile Merkblatt

DIN 1045-12001-07 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 53804-12002-04 Statistische Auswertung - Teil 1 Kontinuierliche Merkmale Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1992-1-12013-04 Eurocode 2 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbeton-tragwerken - Teil 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fuumlr den Hochbau Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

Model Code 2010 (2012) fib Model Code for Concrete Structures International Federation for Structural Concrete Zuumlrich

Nachrechnungsrichtlinie (2011) Richtlinie zur Nachrechnung von Straszligenbruumlcken im Bestand Bundes-ministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

TR-W (2014) Technisches Regelwerk ndash Wasserstraszligen Bundesministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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30

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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23

(5) Bei glatten Betonstaumlhlen und Betonformstaumlhlen ist beim Nachweis der Endverankerung die im Ver-gleich mit geripptem Stahl geringere Verbundspannung bei guten Verbundbedingungen nach der

Formel γbd ck

C

1f 036 f= sdot sdot zu ermitteln Bei maumlszligigen Verbundbedingungen sind die somit ermittel-

ten Verbundspannungen mit dem Faktor 07 zu multiplizieren Bei nicht vorwiegend ruhender Belas-tung sind die Verbundspannungen um den Faktor 085 zu mindern Die guumlnstige Wirkung von Endhaken kann beim Nachweis der Verankerung beruumlcksichtigt werden

(6) Die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken aus Stahlbeton ist gegeben wenn Verformungen unauf-faumlllig sind und die Breite vorhandener Risse die zulaumlssigen Werte nicht oder nur unwesentlich uumlber-schreitet so dass kein Korrosionsrisiko fuumlr die Bewehrung besteht Als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung ohne Chlorideintrag sollte an den betreffenden Teilen von einer Rissbrei-te an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

(7) Ist die Oberflaumlche hoch ausgelasteter Stahlbetonbauteile (Auslastungsgrad der Biegezugbewehrung im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit uumlber 85 ) nicht einsehbar und ist mit intensiver Korrosionsbe-anspruchung zu rechnen muumlssen die Rissbreiten rechnerisch ermittelt werden Maszliggebend hierfuumlr sind die Lastbilder in der quasi-staumlndigen Bemessungssituation Die Beruumlcksichtigung von Riss- und Porenwasserdruck ist hier nicht erforderlich Als Grenzwerte fuumlr die rechnerischen Rissbreiten ist wmax = 03 mm anzusetzen

(8) Bei Bauteilen mit glattem Betonstahl ist beim Rissbreitennachweis der maximale Rissabstand srmax

im Vergleich mit geripptem Stahl um 50 zu vergroumlszligern

42 Untersuchungen in Stufe C

421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

(1) Unter nichtlinearer Systemtraglastanalyse wird im Weiteren vereinfachend eine statische Analyse zur Tragfaumlhigkeit eines Tragsystems verstanden bei der sowohl die Ermittlung der Beanspruchun-gen als auch der Vergleich mit den Werten der Beanspruchbarkeit unter Beruumlcksichtigung von Riss-bildung und Plastifizierung innerhalb eines geschlossenen Modells erfolgen

(2) Stahlbetonkonstruktionen sind grundsaumltzlich auf der Basis des γR-Verfahrens gemaumlszlig DIN EN 1992-1-1 Abschnitt 57 zu berechnen Die Teilsicherheitsbeiwerte koumlnnen in Anlehnung an die Untersu-chungsstufe B angesetzt werden

(3) Bei unbewehrten Tragwerken aus Beton oder Mauerwerk ist die Aufstellung eines angepassten Sicherheitsformats auf der Basis von DIN EN 1990 erforderlich

(4) Die statischen Modelle fuumlr eine nichtlineare Systemtraglastanalyse sind immer anhand gemessener Tragwerksreaktionen zu kalibrieren Hierzu koumlnnen Werte aus Verformungsmessungen unter be-kannter Lastaumlnderung verwendet werden

(5) Im Rahmen der Analyse ist immer eine Plausibilisierung der Berechnungsergebnisse erforderlich Diese Plausibilisierung kann durch Vergleichsrechnung an unabhaumlngigen statischen Modellen mit alternativen FEM-Programmen Gegenuumlberstellung von rechnerischen Rissbildern mit denen in situ o auml erfolgen

(6) Die Ergebnisse sind unter besonderer Einbeziehung der Annahmen und Ansaumltze bei der statischen Modellierung sowie deren Intensitaumlt der Ergebnisbeeinflussung gutachterlich zu bewerten

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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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BAW-Merkblatt (2010) Bauwerksinspektion

BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

Deutscher Beton- und Bautechnikverein (2013) Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr Stahlbeton-bauteile Merkblatt

DIN 1045-12001-07 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 53804-12002-04 Statistische Auswertung - Teil 1 Kontinuierliche Merkmale Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1992-1-12013-04 Eurocode 2 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbeton-tragwerken - Teil 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fuumlr den Hochbau Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

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Nachrechnungsrichtlinie (2011) Richtlinie zur Nachrechnung von Straszligenbruumlcken im Bestand Bundes-ministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

TR-W (2014) Technisches Regelwerk ndash Wasserstraszligen Bundesministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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30

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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422 Probabilistische Tragwerksanalyse

(1) Die probabilistische Tragwerksanalyse stellt eine Verfeinerung des Konzeptes mit Teilsicherheits-beiwerten vgl 411 und eine Ergaumlnzung von houmlherwertigen mechanischen Nachweisverfahren vgl 421 dar Sie kann in Einzelfaumlllen angewendet werden wenn sich damit ein Grenzbereich der Zuverlaumlssigkeit besser erschlieszligen laumlsst oder weitergehend eine Risikoanalyse gemaumlszlig Abschnitt 424 angestrebt wird

(2) Bei der probabilistischen Analyse wird die Versagenswahrscheinlichkeit pf fuumlr eine betrachtete Ver-sagensart und einen bestimmten Bezugszeitraum direkt ermittelt und mit einer zulaumlssigen Versa-genswahrscheinlichkeit verglichen In erster Naumlherung koumlnnen dabei operative Versagenswahr-scheinlichkeiten als zulaumlssige Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden

(3) Voraussetzung fuumlr eine probabilistische Analyse sind ausreichende Kenntnisse der Basisvariablen (Verteilung Kennwerte) fuumlr minus Einwirkungen minus Stoffeigenschaften minus Geometrien minus Modellunsicherheiten

durch Messungen vor Ort oder durch den Beleg einer Allgemeinguumlltigkeit (z B aus Literatur vgl Spaethe (1992) JCSS (2001)) wobei die Zeitabhaumlngigkeit zu beruumlcksichtigen ist Wenn in Einzelfaumll-len eine Basisvariable geschaumltzt werden muss so ist die Schaumltzung durch Sensitivitaumltsbetrachtun-gen abzusichern

423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise

(1) Ein experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweis erfolgt durch die messtechnische Ermittlung maszligge-bender statischer Beanspruchungen am maszliggebenden Bauteil unter definierter und kontrollierbarer Belastung mit anschlieszligendem Vergleich mit zulaumlssigen Werten Experimentelle Nachweise sind dann sinnvoll wenn eine Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Einspann-grade Verbundverhalten Parameterstreuung usw) nicht zuverlaumlssig moumlglich ist und deshalb hierfuumlr bei einer rein rechnerischen Analyse entsprechend groszlige Reserven anzusetzen sind

(2) Grundlage zur Fuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise sind DIN EN 1990 Abschnitt 52 und die DAfStb-Richtlinie (2000)

(3) Untersuchungen in situ zur Kalibrierung statischer Modelle (vgl 421 (4)) sowie die Beobachtungs-methode nach Abschnitt 27 in DIN EN 1997-1 stellen keine experimentellen Tragfaumlhigkeitsnachwei-se dar

(4) Voraussetzung zur Durchfuumlhrung experimenteller Tragfaumlhigkeitsnachweise ist die Sicherstellung einer schadensfreien Versuchsdurchfuumlhrung so dass weder Tragfaumlhigkeit noch Gebrauchstauglich-keit beeintraumlchtigt werden

(5) Im Vorfeld der experimentellen Nachweisfuumlhrung sind immer entsprechende statische Berechnun-gen zur Ermittlung der rechnerischen Tragwerksauslastung vorzunehmen Die Teilsicherheitsbei-werte koumlnnen in Anlehnung an die Untersuchungsstufe B angesetzt werden

(6) Vor Beginn der Untersuchungen ist ein Untersuchungsprogramm aufzustellen Die Durchfuumlhrung ist zu protokollieren Ergebnisse sind mit den rechnerischen Untersuchungen zu vergleichen zu bewer-ten und zu dokumentieren

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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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Literatur

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DAfStb (2012) Heft 600 Erlaumluterungen zu DIN EN 1992-1-1 und NA und Heft 525 Erlaumluterungen zu DIN 1045-1

Kraumltzig WB Harte R Petryna Y (2007) Robustheit von Tragwerken - ein vergessenes Entwurfs-ziel Bautechnik 84 Heft 5

Kunz C (2014) Ein Beitrag zum Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Wasserdruck Bautechnik 91 Heft 5

Kunz C (2015) Ein Konzept fuumlr Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr bestehende Wasserbauwerke Bautechnik 92 Heft 8

Kunz C Stauder F (2013) Sicherheitskonzept fuumlr bestehende Wasserbauwerke Bautechnik-Tag 2013 Hamburg

Lieckfeldt H (1898) Die Standfestigkeit von Staumauern mit offenen Lagerfugen Centralblatt der Bau-verwaltung 18

Loch M Stauder F Schnell J (2011) Bestimmung der charakteristischen Betonfestigkeiten in Be-standstragwerken Beton- und Stahlbetonbau 106 Heft 12

Maniak U (2005) Hydrologie und Wasserwirtschaft 5 Auflage Springer-Verlag 2005

Muumlllers I (2007) Zur Robustheit im Hochbau Stuumltzenausfall als Gefaumlhrdungsbild fuumlr Stahlbetontrag-werke Dissertation ETH Zuumlrich Institut fuumlr Baustatik und Konstruktion -IBK- (Herausgeber)

Odenwald B (2012) Ansatz von Einwirkungen aus Grund- und Oberflaumlchenwasser nach neuen Nor-men Vortrag Bauen im Boden und Fels Techn Akademie Esslingen

Poumltzl M (1996) Robuste Tragwerke ndash Vorschlaumlge zu Entwurf und Konstruktion Bauingenieur 71

Spaethe G (1992) Die Sicherheit tragender Baukonstruktionen Wien Springer-Verlag

Tue NV Teiler W Thung ND (2013) Entwicklung eines mechanisch konsistenten Modells fuumlr die Querkrafttragfaumlhigkeit von Bauteilen ohne Querkraftbewehrung Forschungsbericht TU Graz BAW

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Bezugsregelwerke

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BAW (2014) FuE-Bericht A39510070001-01 Sicherheitstheoretische Studien fuumlr bestehende Wasser-bauwerke (Teil-Bericht unveroumlffentlicht) Dezember 2014

BAW-Merkblatt (2010) Bauwerksinspektion

BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

BAW-Brief Nr 4 (2012) Gefaumlhrdung von Schleusen aus Stahlbeton infolge Materialermuumldung und be-sondere Hinweise fuumlr die Bauwerkspruumlfung

DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

Deutscher Beton- und Bautechnikverein (2013) Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr Stahlbeton-bauteile Merkblatt

DIN 1045-12001-07 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 53804-12002-04 Statistische Auswertung - Teil 1 Kontinuierliche Merkmale Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1992-1-12013-04 Eurocode 2 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbeton-tragwerken - Teil 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fuumlr den Hochbau Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

Model Code 2010 (2012) fib Model Code for Concrete Structures International Federation for Structural Concrete Zuumlrich

Nachrechnungsrichtlinie (2011) Richtlinie zur Nachrechnung von Straszligenbruumlcken im Bestand Bundes-ministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

TR-W (2014) Technisches Regelwerk ndash Wasserstraszligen Bundesministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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30

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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424 Risikoanalyse

(1) Die Risikoanalyse erfolgt unter Einbeziehung der beiden Komponenten Versagenswahrscheinlich-keit und Schadensausmaszlig (Gefaumlhrdungspotential) und enthaumllt eine anschlieszligende Beurteilung der Akzeptanz des Risikos

(2) Die Versagenswahrscheinlichkeit ist unter Einbeziehung mindestens folgender Groumlszligen zu ermitteln minus statische Auslastung des Tragsystems (Zuverlaumlssigkeit Auslastungsgrade) minus Qualitaumlt der Identifikation statischer Modellgroumlszligen und Randbedingungen (Zuverlaumlssigkeit der

statischen Modellierung) minus Versagensart (Ankuumlndigungsverhalten Duktilitaumlt) minus Robustheit des Tragwerks minus Erhaltungszustand des Tragwerks minus Anlagenbetrieb und -uumlberwachung (Inspektionsplan)

(3) Bei der Ermittlung des Gefaumlhrdungspotentials sollten mindestens die Anlagengroumlszlige die betriebliche Auslastung die Lage im regionalen Raum und ggf zugewiesene Sekundaumlrfunktionen (Wasserbe-wirtschaftung Tourismus etc) mit den entsprechenden Auswirkungen im Schadensfall auf Leib und Leben sowie entstehende Sach- und Umweltschaumlden Beruumlcksichtigung finden

5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten (1) Kann in den statischen Untersuchungen keine ausreichende Tragfaumlhigkeit nachgewiesen werden

ist unter den nachfolgend vorgegebenen Bedingungen bei Einleitung entsprechender Kompensati-onsmaszlignahmen eine weitere verkehrliche Nutzung des Bauwerks moumlglich Dabei kann zwischen betriebsbeschraumlnkenden Kompensationsmaszlignahmen und kompensierenden Uumlberwachungsmaszlig-nahmen am Tragwerk unterschieden werden

(2) Zu den betriebsbeschraumlnkenden Maszlignahmen gehoumlren vorrangig verkehrsbeschraumlnkende Maszlignah-men wie z B eine Reduzierung von Verkehrs- bzw Nutzlasten Fahrgeschwindigkeiten etc oder eine Begrenzung von Wasserstaumlnden

(3) Zu den kompensierenden Uumlberwachungsmaszlignahmen gehoumlren die Einrichtung permanenter Kon-trollmechanismen (z B Monitoringsysteme) oder unter besonderen Umstaumlnden die Ergreifung zu-saumltzlicher Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung nach VV-WSV 2101 ggf in Kombination mit ergaumlnzenden Uumlberwachungsmessungen nach VV-WSV 2602

(4) Kompensierende Uumlberwachungsmaszlignahmen duumlrfen nur dann angewendet werden wenn ein aus-reichend duktiles Tragwerksverhalten mit angemessener Vorankuumlndigung bei eintretendem Bauteil-versagen gegeben ist

(5) Vor der Umsetzung von Kompensationsmaszlignahmen ist ein entsprechendes Konzept auszuarbeiten zu dokumentieren und mit der zustaumlndigen Bauaufsichtsbehoumlrde abzustimmen Das Konzept muss auch Hinweise enthalten wie im Fall von Grenzwertuumlberschreitungen oder anderweitigen Abwei-chungen zu reagieren ist (Aktionsplan)

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BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

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DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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30

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

Model Code 2010 (2012) fib Model Code for Concrete Structures International Federation for Structural Concrete Zuumlrich

Nachrechnungsrichtlinie (2011) Richtlinie zur Nachrechnung von Straszligenbruumlcken im Bestand Bundes-ministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

TR-W (2014) Technisches Regelwerk ndash Wasserstraszligen Bundesministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
Page 31: BAWMerkblatt: Bewertung der Tragfähigkeit bestehender ... · Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilität ist Zur Sicherstellung

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016

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Bezugsregelwerke

BAW (2007) Bericht A39510110125-2 Konzeption zum statischen Nachweis der Systemtraglast der Schleusen am Main-Donau-Kanal auf der Basis nichtlinearer Stoffgesetze ndash NiTra vom 29092007 (unveroumlffentlicht)

BAW (2014) FuE-Bericht A39510070001-01 Sicherheitstheoretische Studien fuumlr bestehende Wasser-bauwerke (Teil-Bericht unveroumlffentlicht) Dezember 2014

BAW-Merkblatt (2010) Bauwerksinspektion

BAW-Merkblatt (2011a) Schadensklassifizierung an Verkehrswasserbauwerken

BAW-Merkblatt (2011b) Standsicherheit von Daumlmmen an Bundeswasserstraszligen (MSD)

BAW-Merkblatt (2012) Bohrkernentnahme

BAW-Brief Nr 4 (2012) Gefaumlhrdung von Schleusen aus Stahlbeton infolge Materialermuumldung und be-sondere Hinweise fuumlr die Bauwerkspruumlfung

DAfStb-Richtlinie (2000) Belastungsversuche an Betonbauwerken Berlin

Deutscher Beton- und Bautechnikverein (2013) Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr Stahlbeton-bauteile Merkblatt

DIN 1045-12001-07 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 1045-12008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton - Teil 1 Bemessung und Kon-struktion Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 10542010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40202010-12 Geotechnische Untersuchungen fuumlr bautechnische Zwecke - Ergaumlnzende Rege-lungen zu DIN EN 1997-2 Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 4048-11987-01 Wasserbau Begriffe Stauanlagen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 40541977-09 Verkehrswasserbau Begriffe Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197022013-02 Massivbauwerke im Wasserbau - Tragfaumlhigkeit Gebrauchstauglichkeit und Dauer-haftigkeit Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 197032014-06 Schleusen der Binnenschifffahrtsstraszligen ndash Grundsaumltze fuumlr Abmessungen und Aus-ruumlstung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN 310512012-09 Grundlagen der Instandhaltung Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN 53804-12002-04 Statistische Auswertung - Teil 1 Kontinuierliche Merkmale Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1992-1-12013-04 Eurocode 2 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbeton-tragwerken - Teil 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fuumlr den Hochbau Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

Model Code 2010 (2012) fib Model Code for Concrete Structures International Federation for Structural Concrete Zuumlrich

Nachrechnungsrichtlinie (2011) Richtlinie zur Nachrechnung von Straszligenbruumlcken im Bestand Bundes-ministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

TR-W (2014) Technisches Regelwerk ndash Wasserstraszligen Bundesministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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30

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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DIN 53804-12002-04 Statistische Auswertung - Teil 1 Kontinuierliche Merkmale Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 7722011-07 Pruumlfverfahren fuumlr Mauersteine Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 10521998-12 Pruumlfverfahren fuumlr Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 19902010-12 Eurocode 0 Grundlagen der Tragwerksplanung Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1992-1-12013-04 Eurocode 2 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbeton-tragwerken - Teil 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fuumlr den Hochbau Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-12012-05 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-1-1NA2012-05 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1 Allgemeine Regeln fuumlr bewehr-tes und unbewehrtes Mauerwerk Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-32013-02 Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmethoden fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1996-3NA2013-02 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3 Vereinfachte Berechnungsmetho-den fuumlr unbewehrte Mauerwerkskonstruktionen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter - Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 1998-12010-12 Eurocode 8 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1 Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und Regeln fuumlr Hochbauten Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-3 Berichtigung 12011-11 Pruumlfung von Festbeton - Teil 3 Druckfestigkeit von Probe-koumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 12390-62010-09 Pruumlfung von Festbeton - Teil 6 Spaltzugfestigkeit von Probekoumlrpern Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN 137912008-05 Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Beuth Verlag GmbH Berlin

DIN EN ISO 6892-12014-06 Metallische Werkstoffe - Zugversuch - Teil 1 Pruumlfverfahren bei Raum-temperatur (ISO 6892-12009) Beuth Verlag GmbH Berlin

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DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

Model Code 2010 (2012) fib Model Code for Concrete Structures International Federation for Structural Concrete Zuumlrich

Nachrechnungsrichtlinie (2011) Richtlinie zur Nachrechnung von Straszligenbruumlcken im Bestand Bundes-ministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

TR-W (2014) Technisches Regelwerk ndash Wasserstraszligen Bundesministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
Page 33: BAWMerkblatt: Bewertung der Tragfähigkeit bestehender ... · Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilität ist Zur Sicherstellung

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29

DIN EN ISO 15630-12011-02 Staumlhle fuumlr die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Pruumlfverfahren - Teil 1 Bewehrungsstaumlbe -walzdraht und -draht (ISO 15630-12010) Beuth Verlag GmbH Berlin

EAU (2012) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Haumlfen und Wasserstraszligen (EAU) Verlag Ernst amp Sohn

ISO 138242009-11 Berechnungsgrundlagen fuumlr Bauten - Allgemeine Risikobewertung von Systemen Beuth Verlag GmbH Berlin

JCSS (2011) Joint Committee of Structural Engineering Probabilistic Model Code Zuumlrich

Model Code 2010 (2012) fib Model Code for Concrete Structures International Federation for Structural Concrete Zuumlrich

Nachrechnungsrichtlinie (2011) Richtlinie zur Nachrechnung von Straszligenbruumlcken im Bestand Bundes-ministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

PIANC (2015) Report ndeg 140-2015 - Semiprobabilistic design concept for inland hydraulic structures PIANC InCom Brussels

TR-W (2014) Technisches Regelwerk ndash Wasserstraszligen Bundesministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

TRANSSC 3R153 Classification of European Inland Waterways UNECE-Resolution Nr 30 vom 12111992

UIC-Kodex 778ndash3 (2011) Empfehlungen fuumlr die Inspektion Bewertung und Instandhaltung von Gewoumllbe-bruumlcken aus Mauerwerk Internationaler Eisenbahnverband

VV-WSV 2101 (2010) Bauwerksinspektion Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2116 (2013) Baubestandswerk Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

VV-WSV 2602 (2012) Ingenieurvermessung im Bauwesen Bundesministerium fuumlr Verkehr Bau und Stadtentwicklung

ZTV-W LB 219 (2013) Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen ndash Wasserbau (ZTV-W) fuumlr Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) Bundes-ministerium fuumlr Verkehr und digitale Infrastruktur

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30

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A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
Page 34: BAWMerkblatt: Bewertung der Tragfähigkeit bestehender ... · Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilität ist Zur Sicherstellung

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016

30

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-1

Anlage 1

Erlaumluterungen zu den Vorgaben und Regelungen des Merkblattes

Inhaltsverzeichnis

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich A1-2

zu 2 Allgemeines A1-2 zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken A1-2 zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen A1-3

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis A1-4 zu 31 Bestandsaufnahme A1-4 zu 311 Bestandsunterlagen A1-4 zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung A1-4 zu 313 Messungen A1-5 zu 32 Einwirkungen A1-5 zu 321 Staumlndige Einwirkungen A1-5 zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen A1-5 zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen A1-8 zu 33 Baustoffe A1-8 zu 331 Beton A1-8 zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A A1-8 zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den

Untersuchungsstufen B und C A1-9 zu 332 Betonstahl A1-11 zu 333 Mauerwerk A1-12

zu 4 Statische Berechnungen A1-12 zu 41 Stufen A und B A1-12 zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen A1-12 zu 412 Geotechnische Nachweise A1-13 zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten A1-14 zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten A1-18 zu 42 Untersuchungen in Stufe C A1-20 zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse A1-20 zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse A1-20

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten A1-20

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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-2

zu 1 Vorbemerkung und Anwendungsbereich

Hauptinhalt des Merkblatts sind Empfehlungen und Hinweise zur Ermittlung der Standsicherheit bzw Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke aus Beton Stahlbeton oder Mauerwerk auf der Basis aktua-lisierter Bestandsdaten und vorgenommener Modifizierungen am Nachweis- und Sicherheitsformat Die Nachweisfuumlhrung erfolgt grundsaumltzlich auf der Basis der eingefuumlhrten Normen und des vorgegebenen Teilsicherheitskonzepts Die dort enthaltenen allgemeinguumlltigen Teilsicherheitsbeiwerte wurden allerdings anhand der Erfahrungen im Hoch- und Bruumlckenbau auf empirischer Grundlage gemaumlszlig DIN EN 1990 Anhang C C4 (4) abgeleitet Spezielle Erfahrungen aus dem Wasserbau fanden keine bzw nur verein-zelt Beruumlcksichtigung Modifizierungen bei den Sicherheitsformaten sind deshalb moumlglich weil bei scha-densfrei bestehenden Tragsystemen u a eine Beruumlcksichtigung der spezifischen Verhaumlltnisse bei Wasserbauten erfolgen kann mehr Informationen zum Bauwerk vorliegen und die fehlerkritische Phase der Bauausfuumlhrung bzw der ersten Nutzungsjahre uumlberstanden ist (vgl auch Deutscher Beton- und Bau-technikverein (2013))

zu 2 Allgemeines

zu 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken

zu (1) Die Bausubstanz im Verkehrswasserbau in Deutschland zeichnet sich durch eine Vielfalt der ndash zum Teil veralteten - Bauweisen und ein relativ hohes Durchschnittsalter aus Zusammen mit den im Wasserbau typischen Einwirkungen und den hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ergeben sich hieraus eini-ge Besonderheiten die bei der Untersuchung der Standsicherheit solcher Anlagen zu beachten sind So ist die Bauweise gepraumlgt durch Tragwerksformen mit sehr gedrungenen Querschnitten und groszligen Bau-teildicken Weite Bereiche des Tragwerks entsprechen damit Diskontinuitaumltsbereichen im Sinne von DIN EN 1992-1-1 d h die statischen Annahmen der Balkentheorie nach BERNOULLI (eben bleibende Quer-schnitte etc) treffen nicht mehr ausreichend zu Viele Nachweisformate in den Standards und Normen gehen jedoch weitgehend von einer Betrachtung auf Querschnittsebene mit eben bleibenden Querschnit-ten aus Eine statische Modellierung der Tragsysteme an Wasserbauten mit uumlblichen Stabwerken ist dementsprechend sehr grob und kann deshalb haumlufig nur der erste Schritt bei der statischen Untersu-chung sein Oft ist es sinnvoll oder erforderlich solche Systeme auf der Basis von FEM-Scheibenmodellen darzustellen Ferner fuumlhrt bei einigen Bauteilen (z B Schleusenhaumlupter Wehrpfeiler) selbst eine zweidimensionale Betrachtung zu sehr konservativen Ergebnissen so dass erst mit einer raumlumlichen Modellierung (Schalen- oder Volumenelemente) realitaumltsnahe Nachweise gefuumlhrt werden koumlnnen

zu (2) Bei Biegebeanspruchung garantiert die Einhaltung des Mindestbewehrungskriteriums nach DIN 19702 Abschnitt 73 ndash im Gegensatz zur Mindestbewehrung nach DIN EN 1992-1-1 ndash grundsaumltzlich kein duktiles Verhalten des Stahlbetonquerschnitts Querkraftversagen erfolgt im Allgemeinen sproumlde praktisch ohne Vorankuumlndigung Bei Wasserbauwer-ken koumlnnen jedoch unter bestimmten Umstaumlnden (geringe Schubschlankheit stetige Flaumlchenlasten) nach der kritischen Schubrissbildung durch Lastumlagerungsmoumlglichkeiten im Bauteil (z B Sprengwerkbil-dung) merkliche Verformungen mit entsprechender Vorankuumlndigung auftreten

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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 2 ndash

A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-3

zu (3) Die Lastkombinationen an massiven Wasserbauwerken werden durch die staumlndigen Einwirkungen infolge Eigengewicht und Erddruck sowie hydrostatisch wirkenden Wasserdruck der auch im Riss- und Poren-gefuumlge der Massivbauteile wirkt dominiert Bei Schiffsschleusen ist jedoch zu beachten dass durch die Schleusungsvorgaumlnge im Regelbetrieb Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen im Material mit teilweise hohen rechnerischen Spannungsschwingbreiten entstehen Gefaumlhrdet sind besonders Stahlbetonkon-struktionen aus Betonrippenstahl mit Streckgrenzen ab 420 Nmm2 (vgl BAW-Brief Nr4 (2012)) Da die Lastspielzahlen meist nicht im Dauerfestigkeitsbereich liegen ist es oft sinnvoll im Rahmen der Berech-nungen Betriebsfestigkeitsnachweise zu fuumlhren Dabei ist Materialermuumldung hinsichtlich Querkraft- Be-tondruck- und Bewehrungsstahlzugbeanspruchung zu untersuchen Die Stahlermuumldung besitzt dabei aufgrund der fehlenden Vorankuumlndigung im Versagensfall besondere Bedeutung

zu (4) Bei den Baustoffen im Massivbaubereich dominiert Beton bei den aumllteren Bauwerken oft unbewehrt Der Beton besitzt haumlufig Eigenschaften von Massenbeton mit von der Norm abweichenden Festigkeitsver-haumlltnissen Nur die besonders alten Anlagen bestehen noch aus Ziegel- oder Natursteinmauerwerk teil-weise in Kombination mit Holzelementen im Gruumlndungsbereich Bestehendes Ziegelmauerwerk an Wasserbauten ist i d R durch vermoumlrtelte Stoszligfugen und ausreichende Uumlberbindemaszlige gekennzeich-net Aus Wirtschaftlichkeitsgruumlnden und aufgrund der besonderen Beanspruchung durch Frost bzw der Forderung nach Wasserundurchlaumlssigkeit wurden die Querschnitte bei den aumllteren Bauwerken nicht sel-ten in Zonen aufgebaut so dass an den Oberflaumlchen haltbareres Material (fruumlher Verklinkerungen da-nach houmlherwertige Betonrezepturen haumlufig auch Putzschichten) zur Anwendung kam (weiteres hierzu vgl Erlaumluterungen zu 331) Diese zonierte Bauweise fuumlhrt mitunter zu gerichteten Rissstrukturen Scha-lenbildung etc wodurch die Wirkung des Gesamtquerschnitts als Monolith beeintraumlchtigt sein kann Bei der Materialuntersuchung inkl Beprobung und ggf auch bei der statischen Modellierung ist dieser Sach-verhalt entsprechend zu beruumlcksichtigen

zu 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen

zu (1) Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken sind folgende Aspekte zu beachten minus die seinerzeitigen Regelungen und Vorschriften (Einwirkungen Werkstoffe Konstruktion und Aus-

fuumlhrung) minus die zur Bauzeit gaumlngigen Methoden der statischen Bemessung und Modellierung minus der aktuelle Erhaltungszustand der Bauwerke minus die bisher in der Praxis gesammelten Erfahrungen beim Umgang mit bestehenden Bauwerken etc

Erst aus der Gesamtheit aller gewonnenen Erkenntnisse kann ein zutreffendes Urteil fuumlr das betrachtete Einzelbauwerk abgegeben werden Wesentliche Schritte bei der Untersuchung sind Bestandsaufnahmen vor Ort Baustoff- und Bodenunter-suchungen geodaumltische hydrologische und anderweitige Messungen statische Berechnungen und zu-sammenfassende Bewertungen Um das Vorgehen zu strukturieren und den Aufwand zu reduzieren wird die Anwendung eines abgestuften Verfahrens mit zunehmender Bearbeitungstiefe empfohlen Wenn in der Untersuchungsstufe A bzw B ein ausreichend aussagekraumlftiges Ergebnis erzielt wird kann auf weite-re Schritte in der jeweils naumlchstfolgenden Stufe verzichtet und die Untersuchung beendet werden Die fachliche Koordinierung der verschiedenen technischen Untersuchungen die Zusammenfuumlhrung und

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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-4

Kontrolle der Ergebnisse erfolgt zweckmaumlszligigerweise durch den mit der Fuumlhrung der statischen Nachwei-se betrauten Tragwerksplaner Die statische Untersuchung und Bewertung bestehender Tragwerke erfordern in der Regel im Vergleich zur Neubauplanung einen houmlheren Bearbeitungsaufwand

zu (3) Der Auslastungsgrad ist grundsaumltzlich definiert als Verhaumlltnis aus Beanspruchung Ed (vorhandener Wert) und Widerstand Rd (zulaumlssiger Wert) Das gilt auch fuumlr den Auslastungsgrad bezuumlglich der zulaumlssigen Fugenklaffung beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten Hier ergibt sich der entsprechende Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis aus vorhandener und zulaumlssiger Fugenklaffung k nach Bild A1-8 Bei der Biegebeanspruchung an Stahlbetonbauteilen ist der Auslastungsgrad aus dem Verhaumlltnis der erforderlichen zur vorhanden Biegebewehrung zu bilden

zu 3 Grundlagen und Ausgangsbasis

zu 31 Bestandsaufnahme

zu 311 Bestandsunterlagen

Das Baubestandswerk nach VV-WSV 2116 (2014) wird von den zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schiff-fahrtsaumlmtern gefuumlhrt bzw aktualisiert und sollte alle wesentlichen Unterlagen die den Istzustand der Bauwerke beschreiben enthalten Dazu gehoumlren an erster Stelle Bestandsplaumlne gepruumlfte technische Berechnungen (Bestandsstatik) und weitere allgemeine Unterlagen wie Protokolle der Bauwerksinspek-tion und Messwertezusammenstellungen aus der messtechnischen Uumlberwachung der Anlagen (vgl Ab-schnitt 312 und 313) Von besonderer Bedeutung sind die Bestandsplaumlne als zeichnerische Bauwerksdokumentation deren Uumlbereinstimmung mit der Bauausfuumlhrung bauaufsichtlich bestaumltigt wurde (Uumlbereinstimmungsvermerk) da diese die Basis fuumlr jegliche statische Modellierung bilden Fuumlr die Vorhal-tung des Baubestandswerkes sind die Wasserstraszligen- und Schifffahrtsaumlmter zustaumlndig die Unterlagen werden zentral im IT-System DVtU (Digitale Verwaltung technischer Unterlagen) durch das DLZ-IT ge-speichert Ggf kann auf Sekundaumlrdaten aus der Fachliteratur (z B Ernst amp Sohn- Zeitschriften bdquoZentral-blatt der Bauverwaltungldquo herausgegeben vom preuszligische Ministerium der oumlffentlichen Arbeiten von 1880 bis 1931 oder bdquoBautechnikldquo u a) zuruumlckgegriffen werden

zu 312 Ergebnisse der Bauwerkspruumlfung

Die Bauwerkspruumlfungen und -uumlberwachungen erfolgen im Rahmen der Bauwerksinspektion nach VV-WSV 2101 (2010) in deren Ergebnis Inspektionsberichte zum jeweiligen Bauwerk zu verfassen sind Die Inspektionsberichte sind Bestandteil der Bauwerksinspektionsakte die im zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt zu fuumlhren ist sie gehen in das Baubestandswerk ein Aus den Inspektionsberichten werden unter Beachtung von Instandsetzungsmaszlignahmen aktuelle Zustandsberichte generiert die vom zustaumlndigen Wasserstraszligen- und Schifffahrtsamt abgerufen werden koumlnnen In den Berichten werden festgestellte Schaumlden dokumentiert und den Schadensklassen 1 bis 4 zugeordnet (vgl auch BAW-Merkblatt (2011a)) Da die Schadensklassen nur sichtbare Schaumlden beruumlcksichtigen sowie integral auf-gebaut sind und auch von standsicherheitsunabhaumlngigen Faktoren abhaumlngen kann hiervon nicht direkt auf die Tragfaumlhigkeit geschlossen werden Dementsprechend sind im Rahmen der Standsicherheitsun-tersuchung die Zustandsberichte auszuwerten und standsicherheitsbestimmende Aussagen innerhalb der

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einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-5

einzelnen Schadensklassifizierungen herauszuarbeiten Die vorhandenen Schadensbilder koumlnnen Ein-fluss haben auf

minus die Konzeption der Untersuchungsprogramme fuumlr Mauerwerk Beton oder Boden (Lage Bohran-satzpunkte Untersuchungsumfang etc)

minus die Tragwerksmodellierung (Beeintraumlchtigung der monolithischen Wirkung unbewehrter Beton-querschnitte infolge Trennrissbildung reduzierte Abmessungen infolge Betonabtrags Beweh-rungskorrosion etc)

minus eine erforderliche Kalibrierung der statischen Modelle besonders bei Untersuchungen in Stufe C minus eine ggf durchzufuumlhrende Risikobewertung nach Abschnitt 424

zu 313 Messungen

Im Rahmen der Bauwerksinspektion sind gemaumlszlig Verwaltungsvorschrift VV-WSV 2602 (2012) an jedem Bauwerk der Wasserstraszligen- und Schifffahrtsverwaltung periodische Ingenieurvermessungen zur Uumlber-wachung von Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit vorzunehmen (Inspektionsvermessungen auf der Basis formaler Messprogramme) In der Regel handelt es sich dabei um geodaumltische Lage- und Houmlhen-messungen deren Ergebnisse in unterschiedlicher Form und Qualitaumlt vorliegen Ferner kann haumlufig auf die Ergebnisse von Wasser- und Grundwasserstands- bzw Sickerwassermengenmessungen zuruumlckge-griffen werden Bei der Untersuchung der Standsicherheit sind diese Messergebnisse zusammenzustel-len auszuwerten und bei Eignung mit zu beruumlcksichtigen Ggf kann es erforderlich sein den Datenbestand durch ergaumlnzende Messungen zu vervollstaumlndigen und Extrapolationen vorzunehmen Ziel der Auswertung der Inspektionsmessungen ist es vor allem Angaben zum Verformungsverhalten des Tragwerks zu erhalten um damit einerseits eine widerspruchsfreie statische Modellierung inkl Lastansaumlt-ze zu ermoumlglichen andererseits die Funktionsfaumlhigkeit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu beurteilen

zu 32 Einwirkungen

Der erforderliche Aufwand zur Bestimmung der charakteristischen Werte der Einwirkungen ist abhaumlngig von der maszliggeblichen Untersuchungsstufe gemaumlszlig Abschnitt 23 Fuumlr die Ermittlung der charakteristi-schen Werte der Einwirkungen gilt grundsaumltzlich DIN 19702 sofern hier nichts anderes vorgegeben ist Es ist zu beachten dass die Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungen aus Erd- und Wasserdruck im Einzelfall zu Bemessungswerten fuumlhren kann die nicht plausibel oder physikalisch un-moumlglich sind In solchen Faumlllen sind besondere Uumlberlegungen unter Einbeziehung der vorhandenen Situ-ation am konkreten Tragwerk erforderlich

zu 321 Staumlndige Einwirkungen

zu Erddruck

zu (3) Fuumlr die meisten Tragstrukturen liegt der anzusetzende Erddruck zwischen den Grenzwerten aktiver Erddruck und Erdruhedruck Fuumlr eine Risikobewertung ist es oft sinnvoll alternative Berechnungen mit Ansatz der Erddruckgrenzwerte (aktiver Erddruck und Erdruhedruck) durchzufuumlhren Ferner ist zu be-ruumlcksichtigen dass sich die Groumlszlige des Erddrucks im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit grundsaumltzlich von der im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet

zu (4) vgl hierzu Erlaumluterung zu 322 (9)

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zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
Page 40: BAWMerkblatt: Bewertung der Tragfähigkeit bestehender ... · Beton oder Mauerwerk) unterschieden werden. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilität ist Zur Sicherstellung

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A1-6

zu 322 Veraumlnderliche Einwirkungen

zu Einwirkungen infolge von Wasserdruck

zu (2) Bei der Bestimmung der charakteristischen Wasserstaumlnde zur Ermittlung der auf das Bauwerk wirkenden Wasserdruumlcke sind ggf vorhandene Abhaumlngigkeiten zwischen verschiedenen Wasserstaumlnden auf unter-schiedlichen Bauwerksteilen zu beachten Insbesondere trifft dies auf Korrelationen zwischen den Was-serstaumlnden in Oberflaumlchengewaumlssern und den zugehoumlrigen Grundwasserstaumlnden auf unterschiedlichen Seiten von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu So besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Wasserstand im Unterwasser von Schleusen und dem an der Schleuse anstehenden Grundwasserstand da das Unterwasser zumeist den Vorfluter fuumlr das Grundwasser darstellt Der Wasserstand im Oberwas-ser von Schleusen ist dagegen aufgrund von Dichtungen des Kanalbetts oder Kolmationen des Gewaumls-serbetts zumeist vom Grundwasserstand entkoppelt Deshalb uumlberschreiten die Grundwasserstaumlnde an Schleusen in Flieszliggewaumlssern auch bei maszliggebendem Hochwasser den Unterwasserstand waumlhrend der ablaufenden Hochwasserwelle oft nicht oder nur geringfuumlgig Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserstandes an der Auszligenseite der Schleuse auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als zugehoumlrigen charakteristischen Wasserstand in der Schleusenkammer stellt zumeist eine unrealis-tisch hohe Beanspruchung der Schleusenwaumlnde dar Auch bei Schleusen in Kanaumllen stehen die Grund-wasserstaumlnde entlang der Schleuse oft nur wenig uumlber dem Unterwasserstand an Die Annahme eines linear zwischen Oberwasserstand und Unterwasserstand entlang der Schleuse verlaufenden Grundwas-serstands liegt hier zumeist deutlich auf der sicheren Seite Aus diesen Gruumlnden sind bei Bestandsbau-werken zur Festlegung realistischer charakteristischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands im Unterwasser und der Grundwasserstaumlnde entlang der Schleuse in einer ausreichenden Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen ggf auch Hochwasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

Bei der Festlegung der charakteristischen Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen fuumlr Schleusen ist jedoch ein moumlglicher Anstieg der Grundwasserstaumlnde infolge der Zusickerung bei einer planmaumlszligigen Aufnahme der Dichtung im Oberwasser (Voruumlbergehende Bemessungssituation) oder infolge einer groszlig-flaumlchigen Beschaumldigung der Dichtung (Auszligergewoumlhnliche Bemessungssituation) zu beruumlcksichtigen Ggf kann die Ermittlung der Auswirkungen der Dichtungsleckagen auf die Grundwasserverhaumlltnisse auf Grundlage einer numerischen Grundwasserstroumlmungsmodellierung erfolgen

Weiterhin besteht z B oft eine starke Korrelation zwischen dem Unterwasserstand eines Wehres ober-halb der Wehrsohle und dem Grundwasserpotential unterhalb der Wehrsohle Dies ist abhaumlngig von den geohydraulischen Verhaumlltnissen und durchgefuumlhrten baulichen Maszlignahmen zur Beeinflussung der geo-hydraulischen Verhaumlltnisse (z B Sickerwegverlaumlngerungen im Oberwasser der Wehrsohle) Grundsaumltz-lich sind bei der Bestimmung der maszliggebenden Grundwasserpotentiale immer die raumlumlichen Grund-wasserstroumlmungsverhaumlltnisse zu beachten Der Ansatz eines charakteristischen Grundwasserpotentials unter der Wehrsohle auf Houmlhe des maszliggebenden Hochwasserstands im Unterwasser in Verbindung mit dem Ansatz eines Mittel- oder Niedrigwasserstands im Unterwasser als maszliggebenden zugehoumlrigen Wasserstand oberhalb der Wehrsohle stellt auch hier zumeist eine unrealistisch hohe Beanspruchung der Wehrsohle dar Deshalb sind auch hier bei Bestandsbauwerken zur Festlegung realistischer charakteris-tischer Wasserstaumlnde bzw Wasserstandsdifferenzen automatisierte Messungen des Wasserstands oberhalb der Wehrsohle und des Grundwasserpotentials unterhalb der Wehrsohle in einer ausreichenden

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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-7

Anzahl von Messstellen und in ausreichend kurzem Messintervall uumlber einen moumlglichst langen Hoch-wasserereignisse umfassenden Zeitraum erforderlich

zu (3) Da Groumlszlige und Verteilung des inneren Wasserdrucks nur schwer zu bestimmen sind wird der i d R auf der sicheren Seite liegende Ansatz nach Lieckfeldt (1898) vorgegeben Nach diesem Ansatz wird bei der Untersuchung horizontaler Bemessungsschnitte eine bilineare Verteilung der Vertikalkomponente des inneren Wasserdrucks festgelegt Unberuumlhrt hiervon wird die horizontale Wasserdruckkomponente als aumluszligere auf die Oberflaumlche wirkende Flaumlchenlast betrachtet Die Berechnung der Druckzonenbreite bzw des Ausmaszliges der klaffenden Fuge bei unbewehrten Beton- oder Mauerwerksquerschnitten bei Wasser-druckbelastung ist mit der entsprechenden Gleichung in DIN 19702 Abschnitt 53233 explizit d h ohne aufwendige Iteration moumlglich Dabei wird grundsaumltzlich von horizontal verlaufenden Bemessungs-schnitten ausgegangen Bei geneigt oder vertikal verlaufenden Bemessungsschnitten hingegen sind ent-sprechende Vereinfachungen bzw der Ansatz von auf die Systemachsen bezogenen Mittelwerten der jeweiligen Wasserdruckhoumlhen als Basisdruckniveau sinnvoll

Fuumlr Stahlbetonquerschnitte erfolgt in der angegebenen Norm bei Biegebeanspruchung nach Abschnitt 53232 die Berechnung einer Zusatzbewehrung infolge Riss- und Porenwasserdrucks Fuumlr Querkraft- und Wechselbeanspruchung in Bezug auf Materialermuumldung fehlen entsprechende Ansaumltze so dass die in diesem Merkblatt enthaltenen Vorgaben gemaumlszlig Bild 2 erforderlich sind

zu (4) Wird in der Stufe C der innere Wasserdruck kontinuumsmechanisch mittels geeigneter FEM-Programme als Stroumlmungsdruck ermittelt ist es im Fall der Rissbildung erforderlich die in der Risszone entstehende groumlszligere Permeabilitaumlt zu beruumlcksichtigen Da die Modellierung aufgrund der Komplexitaumlt der statischen Modelle i d R keine diskrete sondern eine verschmierte Rissbildung (Elementplastifizierung) beruumlck-sichtigt ergibt sich die Notwendigkeit eine Beziehung zwischen berechneter plastischer Dehnung und zugeordneter Rissbreite sowie zwischen Rissbreite und hierdurch hervorgerufener Durchlaumlssigkeitsaumlnde-rung aufzustellen

zu Trossenzug infolge Schifffahrt

zu (6) Die angegebenen Lastgroumlszligen sind anhand der Schiffsmasse bzw der zugeordneten Tonnage und der Wasserstraszligenklassen abgeleitet worden Die Wasserstraszligenklassifizierung bezieht sich dabei auf die Regelungen nach TRANSSC 3R153 Bei Aumlnderungen der Definition der Wasserstraszligenklassen ist die Tonnage maszliggebend

zu Temperatur

zu (9) Ein Ansatz von Temperaturzwangskraumlften im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nicht erforderlich da bei ausreichender Duktilitaumlt mit zunehmendem Temperaturzwang infolge elastischer bzw zulaumlssiger plasti-scher Verformungen (z B durch Rissbildung im Beton Plastifizierung der Bewehrung oder im Baugrund usw) Lastumlagerungen im Tragsystem auftreten koumlnnen die wiederum zum Abbau der Zwangskraumlfte fuumlhren so dass ein Tragwerksversagen ausgeschlossen werden kann Ggf ist im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit der Einfluss des Temperaturzwangs auf das Tragwerk zu untersuchen Drohen hin-

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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-8

gegen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ein Versagen infolge Stabilitaumltsverlusts oder eine Uumlberschrei-tung der Druckfestigkeit muss eine Temperaturbeanspruchung angesetzt werden

zu Eis

zu (10) Die anzusetzende Eislast auf bestehende massive Wasserbauwerke in diesem Merkblatt ist als integrale Ersatzeinwirkung zu verstehen die neben dem thermischen Eisdruck an durchgehend erhaltenen Eisde-cken infolge Temperaturanstiegs auch horizontale Eiseinwirkungen durch treibendes Eis Eisaufstau usw beruumlcksichtigt

zu 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen

Ausfall baulicher Sicherungselemente

zu (1) Unter baulichen Sicherungselementen sind vorrangig Bauelemente zur Verminderung des Auftriebs oder zur Beeinflussung der Sickerwasserstroumlmung zu verstehen z B Dichtungen Draumlns und Elemente zur Sickerwegsverlaumlngerung Werden die Sicherungselemente kontrolliert so dass eine Beeintraumlchtigung deren Wirksamkeit rechtzeitig erkennbar wird muss nicht von einem Komplettausfall ausgegangen wer-den Groumlszlige und Umfang der Ausfallbereiche ist unter Beachtung der objektspezifischen Gegebenheiten und entsprechender Erfahrungen festzulegen (vgl BAW Merkblatt (2011b))

zu Druckstoszlig

zu (3) In den Fuumlll- und Entleerungsleitungen von Schleusen treten betriebsbedingt immer dynamische Druckaumln-derungen (Druckstoszlig) auf Diese Druckstoszliglasten koumlnnen besonders als auszligergewoumlhnliche Einwirkun-gen infolge von Havarien Fehlbedienungen etc beachtliche Werte erreichen und zu entsprechenden Schaumlden auch im Massivbau fuumlhren Es ist objektspezifisch zu entscheiden ob und in welcher Groumlszlige entsprechende Druckstoszliglasten zu beruumlcksichtigen sind

zu 33 Baustoffe

zu 331 Beton

zu 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A

zu (1) Haumlufig werden in Bestandsunterlagen nur Angaben zum Mischungsverhaumlltnis des Betons gemacht Aus diesem kann nicht auf die Betonguumlte-festigkeitsklasse geschlossen werden so dass die unguumlnstigsten charakteristischen Kennwerte aus dem Bauwerksalter-Bezugszeitraum zu waumlhlen sind

zu (3) Die Berechnung entspricht der Vorgehensweise in DIN 1045-12008-08 Die Berechnung nach DIN EN 1992-1-1 wuumlrde zu houmlheren Werten fuumlhren welche insbesondere bei Altbauwerken die tatsaumlchlich vor-handenen Werte uumlberschreiten

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A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-9

zu Tabelle 3 und Tabelle 4 Bei Bauwerken mit einem Baujahr vor 1932 liegen die ermittelten charakteristischen Druckfestigkeiten im Rahmen von Begutachtungen haumlufig unterhalb der Groumlszligenordnungen welche auf Grundlage der zur jeweiligen Bauzeit vorliegenden Anforderungen auf die heutigen charakteristischen Werte uumlbertragen wurden Die Zeitraumlume vor 1932 wurden daher zusammengefasst und mit einem festen Wert fuumlr die cha-rakteristische Druckfestigkeit belegt der aus der Auswertung einer vorliegenden Datensammlung von Untersuchungen an bestehenden Wasserbauwerken resultiert Die uumlbrigen Kennwerte der charakteristi-schen Druckfestigkeit wurden aus der Nachrechnungsrichtlinie (2011) uumlbernommen Ergaumlnzend wurde eine Spalte fuumlr die charakteristische Zugfestigkeit aufgenommen Die Kennwerte wurden aus der vorlie-genden Datensammlung abgeleitet Sie weichen von den Rechenwerten welche sich nach DIN EN 1992-1-1 ergeben wuumlrden ab Daher wird auch auf die Zuordnung einer Festigkeitsklasse zu den alten Guumlte-klassen verzichtet

zu 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C

zu (1) Die aumlltesten Verkehrswasserbauwerke aus Beton die heute noch in Betrieb sind wurden gegen Ende des 19 Jahrhunderts erstellt Die Betonoberflaumlchen von Wasserbauwerken wurden haumlufig mit einem hochwertigen Zementputz versehen Oft wurde auch ein Vorsatzbeton von Innen an die Schalung gewor-fen der eine houmlhere Qualitaumlt als der Kernbeton besaszlig Bindemittel und Gesteinskoumlrnung dieser beiden Betone unterschieden sich in der Regel Bauwerke bis in die 1930er Jahre wurden vielfach in Stampfbe-tonbauweise errichtet auch der Einsatz von Gussbeton war verbreitet Das Groumlszligtkorn der Betone war haumlufig deutlich groumlszliger als derzeit Infolge des lageweisen Aufbaus der Stampfbetonbauweise muss mit einer verminderten Schubtragfaumlhigkeit und einer Wasserdurchlaumlssigkeit der Arbeitsfugen gerechnet wer-den Bei der Entnahme von Bohrkernen ist deshalb auch die Ergruumlndung der inneren Struktur der Beton-bauteile von Interesse

zu (4) Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton und Betonstahl an sich sind nicht Bestandteil dieses Merkblattes Bei der Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender Wasserbauwerke muss die Dauerhaf-tigkeit von Beton und Bewehrung jedoch einbezogen werden insbesondere zur Frage der kuumlnftigen Nut-zungsdauer oder eventuell erforderlichen Tragwerksverstaumlrkungen bzw Instandsetzungen Der Gutachter legt die entsprechende Vorgehensweise fest

zu (6) In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Ursachen fuumlr Risse zu ergruumlnden der Zustand von Ar-beitsfugen zu erfassen ein etwaiger mehrschaliger Aufbau zu erkunden sowie Durchstroumlmungen in Er-fahrung zu bringen

zu (7) Bei der Festlegung der Pruumlfbereiche werden die Bestandsunterlagen und die Erkenntnisse der Bau-werksbesichtigung beruumlcksichtigt Sie muumlssen ggf im Zuge von Erkenntnisgewinnen waumlhrend der Bohr-kernentnahme an die Bauwerkssituation angepasst werden

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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-10

zu (8) Alte Wasserbauwerke wurden haumlufig mit einer aumluszligeren Schale mit besserer Qualitaumlt als der Kernbeton hergestellt Dies ist bei der Beprobung zu beruumlcksichtigen Vertikalbohrungen liefern neben den Pruumlfkoumlr-pern fuumlr die Materialuntersuchungen hilfreiche Erkenntnisse zum Aufbau und zur Struktur uumlber die Bau-werkshoumlhe Horizontalbohrungen ermoumlglichen die Untersuchung eines schaligen Aufbaus Bei Horizontalbohrungen von Schleusenkammerwaumlnden und vergleichbaren Bauteilen ist in der Regel der wasserbeaufschlagte Randbereich von besonderem Interesse

zu (9) Bei alten Wasserbauwerken entspricht das Verhaumlltnis von Druck- zu Zugfestigkeit haumlufig nicht den Ansaumlt-zen der DIN EN 1992-1-1 Sind fuumlr statische Nachweise Kennwerte der Zugfestigkeit erforderlich sind diese anhand gesondert hergestellter Pruumlfkoumlrper zu ermitteln und duumlrfen nicht aus den Kennwerten der Druckfestigkeit abgeleitet werden Grundsaumltzlich kann dies uumlber die Spaltzugfestigkeit erfolgen In be-sonderen Faumlllen koumlnnen ggf auch zentrische Zugversuche erforderlich sein Die Ableitung aus der Ober-flaumlchenzugfestigkeit auf der Basis von Abreiszligversuchen ist nicht zulaumlssig

zu (10) Bei Bauwerken vor 1950 wurde mitunter noch Stampfbeton eingesetzt und es koumlnnen kriegsbedingte Auffaumllligkeiten vorhanden sein Die Bohrlochendoskopie liefert insbesondere bei diesen Bauwerken Zu-satzinformationen zu Wasserwegigkeiten innerhalb des Bauwerks zum Zustand von Arbeitsfugen und Rissen die einen Abgleich zur Ursache fuumlr den Zustand der Bohrkerne ermoumlglichen

zu (11) Der Einsatz zerstoumlrungsfreier Pruumlfverfahren kann fuumlr bestimmte Fragestellungen geeignet sein (Beweh-rungsortung Schalenabloumlsung Auffinden von Fehlstellen Wasserzutritt Festigkeitsvergleiche an unter-schiedlichen Bauteilen u auml) Aufgrund der Besonderheiten alter Wasserbauwerke (z B schaliger Aufbau wenig und haumlufig tiefliegende Bewehrung) ist jedoch eine auf den Einzelfall auszulegende Be-trachtung erforderlich

zu (12) Es empfiehlt sich den Groumlszligtkorndurchmesser vorab in Erfahrung zu bringen da dieser bei alten Ver-kehrswasserbauwerken haumlufig deutlich groumlszliger als bei heutigen Bauweisen ist Im Einzelfall bei statisch hoch ausgelasteten Bauteilen oder sehr enger Bewehrungslage ist es ggf erforderlich vom vorgegebe-nen Probendurchmesser von 150 mm abzuweichen Dann sind entsprechende Umrechnungen der ermit-telten Festigkeitswerte erforderlich

zu (13) Bei Proben aus dem Randbereich muumlssen diese ggf aus unterschiedlichen Bohrkernen gewonnen wer-den

zu (14) Insbesondere bei Beton mit niedriger Festigkeit ist sicherzustellen dass die Beanspruchung der Bohrker-ne aus dem Bohrverfahren gering bleibt und fuumlr das Bauteil repraumlsentative Materialkennwerte gewonnen werden koumlnnen Das BAW-Merkblatt Bohrkernentnahme (2012) enthaumllt entsprechende Hinweise

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A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 1 ndash

A1-11

zu (16) Die Festlegung der Bohrstellen muss repraumlsentativ fuumlr die Pruumlfbereiche sein und sowohl ausreichende Informationen zu Materialkennwerten als auch zum Aufbau des Bauwerks liefern

zu (19) Es ist festzustellen inwiefern das Bohrverfahren fuumlr den Bohrkernzustand und ggf auftretende Zerstouml-rungen ursaumlchlich ist und welche Erkenntnisse zum Aufbau des Bauwerks gewonnen werden koumlnnen Ggf ist eine Anpassung des Bohrkernentnahmeverfahrens (Bohrverfahren Bohrkerndurchmesser) und der Bohrkernanzahl oder auch des Untersuchungskonzeptes vorzunehmen

zu (24) Nach DIN 1045-22008-08 Abschnitt 5512 wird die Festigkeit von im Laborklima gelagerten Wuumlrfelpruumlf-koumlrpern in Abhaumlngigkeit der Pruumlfkoumlrperabmessungen und Festigkeitsklassen mit Faktoren zwischen 092 und 097 auf die Referenzwasserlagerung umgerechnet Nach DIN EN 137912008-05 Anhang A21 liegt die Festigkeit eines wassergetraumlnkten Bohrkerns etwa 10 bis 15 niedriger als die eines luftge-trockneten Bohrkerns Nach DIN EN 137912008-05 NA42 darf die Festigkeit eines luftgelagerten Bohr-kerns mit Durchmessern zwischen 100 und 150 mm dagegen der eines wassergelagerten Wuumlrfels gleichgesetzt werden Fuumlr Untersuchungen nach diesem Merkblatt wird ein Abminderungsfaktor von 09 empfohlen der fuumlr die Bestimmung der Druckfestigkeit an permanent unter Wasser befindlichen Bautei-len verwendet werden kann

zu (26) Nach DIN EN 1990 Anhang C6 Anmerkung 1 wird fuumlr Baustoffeigenschaften fuumlr szlig-Berechnungen eine logarithmische Normal- oder Weibull-Verteilung angesetzt Zahlreiche aumlltere Wasserbauwerke weisen sehr niedrige Festigkeiten auf Bei Ansatz einer Normalverteilung resultieren daraus in diesen Faumlllen bei oft auch hohen Streuungen der Versuchsergebnisse negative charakteristische Werte Aus diesem Grund wird grundsaumltzlich von logarithmisch normalverteilten Stichproben ausgegangen und die Ermittlung der charakteristischen Werte erfolgt auf diese Weise Ist die Stichprobe nicht logarithmisch normalverteilt duumlrfen keine Teilsicherheitsbeiwerte reduziert werden Geeignete Verfahren sind bei weniger als 30 Pruumlfkoumlrpern ein Ausreiszligertest nach DIXON entsprechend DIN 538042002-04 ansonsten nach GRUBBS (Signifikanzniveau 005 d)

zu (28) Charakteristische Kennwerte die durch Positivauswahl der Pruumlfkoumlrper ermittelt wurden beispielsweise weil ein Teil der Bohrkerne in einem nicht pruumlffaumlhigen Zustand waren sind nicht repraumlsentativ fuumlr das Bauwerk Die Ergebnisse der angegebenen statistischen Auswerteverfahren sind daher stets sachver-staumlndig zu beurteilen

zu 332 Betonstahl

Bei der Feststellung der Stahlguumlte koumlnnen die maszliggebenden Regelwerke aus der Bauzeit bzw entsprechende Zusammenstellungen in der Fachliteratur (vgl hierzu Bindseil et al (2002)) hilfreich sein

zu (8) Die Vorgabe der Pruumlfnorm erfolgt im nationalen Vorwort zur DIN EN ISO 15630-1 2002-09

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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-12

zu Tabelle 6 und Tabelle 7 Mit Ausnahme von kaltverformten oder kaltgereckten Staumlhlen die vor 1972 produziert wurden erfolgt in den Tabellen auch eine Zuordnung nach Duktilitaumltsklassen

zu 333 Mauerwerk

zu (2) Verbundkoumlrper aus Ziegelmauerwerk koumlnnen in Anlehnung an UIC-Kodex 778-3 (2011) gewonnen und gepruumlft werden

zu 4 Statische Berechnungen

zu 41 Stufen A und B

zu 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen

Beim Nachweis ausreichender Tragfaumlhigkeit sind gemaumlszlig DIN EN 1990 verschiedene Grenzzustaumlnde zu beachten die mit unterschiedlichen Nachweisverfahren zu untersuchen sind Fuumlr die einzelnen Nach-weisverfahren werden fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde keine einheitlichen Teilsicherheitsbeiwerte γF und γC bzw γR vorgegeben Das fuumlhrt dazu dass fuumlr bestimmte Lasten in den verschiedenen Nachweis-verfahren unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen sind

Es ist ferner zu beachten dass bei der Nachweisfuumlhrung mit staumlndigen Lasten in den Grenzzustaumlnden der Tragfaumlhigkeit oft nicht eindeutig erkennbar ist ob sie guumlnstig oder unguumlnstig wirken Dementspre-chend sind jeweils Einwirkungskombinationen mit bdquoguumlnstigemldquo und bdquounguumlnstigemldquo Wert des Teilsicher-heitsfaktors gemaumlszlig Tabelle 8 zu untersuchen

zu (3) Zur Modifizierung der Teilsicherheitsbeiwerte vgl Erlaumluterungen zu Abschnitt 1 bzw Anlage 3 Eine Re-duzierung des Teilsicherheitsbeiwertes fuumlr Betonstahl ist nur fuumlr Bauwerke die nach 1943 errichtet wur-den aufgrund der hier vorhandenen geringeren Streuung der Materialkennwerte moumlglich Fuumlr Betonstaumlhle von vor 1943 ist γs nach DIN EN 1992-1-1 zu waumlhlen ausgenommen hiervon sind houmlherwer-tige Beton- und Betonformstaumlhle mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Nachrechnungsrichtlinie 2011) Die angegebenen Tabellenwerte fuumlr γc und γs gelten auch fuumlr die Ermuumldungsnachweise fuumlr die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite gilt γFfat = 10

zu (4) Es ist zu beachten dass in den Untersuchungsstufen B und ggf auch C im Fall der Bauwerksbeprobung und der Ermittlung der Stoffkennwerte (Festigkeiten fuumlr Beton oder Mauerwerk) die Teilsicherheitsbeiwer-te auf der Widerstandsseite auf der Basis der bei der Pruumlfung festgestellten Variationskoeffizienten aus dem Verhaumlltnis von Bemessungswerten nach Tab C3 in Anhang C der DIN EN 1990 (Lognormal-Verteilung) und charakteristischen Werten abzuleiten sind (vgl z B Deutscher Beton- und Bautechnik-verein (2013)) Fuumlr die Groumlszligen bei denen ausreichend abgesicherte Variationskoeffizienten nicht zur Verfuumlgung stehen koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte aus Tabelle 8 Verwendung finden Die dort ange-gebenen Teilsicherheitsbeiwerte γC beziehen sich auf die im eingefuumlhrten Regelwerk enthaltenen statisti-schen Basisgroumlszligen

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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-13

zu 412 Geotechnische Nachweise

Die Nachweise der aumluszligeren Standsicherheit umfassen vorrangig die Versagensformen Grundbruch (GEO2) Lagesicherheit (EQU) Gleiten (GEO2) und ggf auch Gelaumlndebruch (GEO3) Aufschwimmen (UPL) sowie hydraulischer Grundbruch Bodenerosion etc (HYD) Bei verankerten oder auf Pfaumlhlen ge-gruumlndeten Tragwerken sind weitere Versagensformen zu beruumlcksichtigen

Beim Gleitsicherheitsnachweis ist zu beachten dass Auftrieb und Horizontalkomponenten von Wasser-druckeinwirkungen aufgrund des vorgegebenen Sicherheitsformats in DIN EN 1997-1 bzw DIN 1054 mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten in die Berechnung eingehen

Die wichtigsten Grenzzustaumlnde sind in den Bildern A1-1 bis A1-4 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-1

Bild A1-2

Bild A1-3

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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 2 ndash

A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-14

Bild A1-4

zu 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus unbewehrtem Beton die sinngemaumlszlig auch fuumlr Mauerwerkskonstruktionen verwendet werden koumlnnen soweit in den Fachnormen nichts Anderweiti-ges gefordert wird

Die Nachweise der inneren Standsicherheit (STR) umfassen vorrangig die Versagensformen Beton-druckversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung Schubversagen infolge der Uumlber-schreitung der schiefen Hauptzugspannungen bei Querkrafteinwirkung und Gleiten in Arbeitsfugen infolge der Uumlberschreitung der adhaumlsions- und reibungsdominierten Scherfestigkeit Bei zyklisch bean-spruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materialermuumldung zu fuumlhren

Die dominierenden Grenzzustaumlnde an unbewehrten Querschnitten mit Hinweisen zur Nachweisfuumlhrung sind in den Bildern A1-5 bis A1-8 am Beispiel einer Gewichtsstuumltzwand dargestellt

Bild A1-5

Bild A1-6

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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-15

Bild A1-7

Bild A1-8

zu (2) Bei Mauerwerk ist zu beachten dass senkrecht zur Lagerfuge keine Zugfestigkeit angesetzt werden darf Der Grenzwert fvlt fuumlr die charakteristische Schubfestigkeit fvk von Mauerwerk ist in den Untersuchungs-stufen B und C nach DIN EN 1996-1-1 Abschn 362 (3) NDP und (4) NDP aus Versuchsergebnissen zu ermitteln wobei zwischen vermoumlrtelten und unvermoumlrtelten Stoszligfugen zu unterscheiden ist Bei Wasser-bauwerken aus Mauerwerk kann i d R von vermoumlrtelten Stoszligfugen ausgegangen werden

zu (3) Ein wesentlicher Parameter bei der Nachweisfuumlhrung ist die Druckzonenhoumlhe die unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks gemaumlszlig DIN 19702 Gleichung (5) explizit ermittelt werden kann Aus der so ermittelten Druckzonenhoumlhe ergibt sich die Bezugsflaumlche zur Berechnung der maszliggebenden Beanspru-chungen und der Widerstaumlnde fuumlr die einzelnen Tragfaumlhigkeitsnachweise Waumlhrend die Gleichung (5) in DIN 19702 auch fuumlr beidseitig anstehenden Wasserdruck gilt sind die dort ebenfalls angegebenen Glei-chungen (6) und (7) fuumlr die Herleitung der Bemessungsschnittkraumlfte nur fuumlr einseitigen Wasserdruck an-wendbar Im vorliegenden Merkblatt sind daher die fehlenden Gleichungen ergaumlnzt worden Die Gleichung (8) des Merkblatts gilt fuumlr eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung d h beim Auftreten einer klaffenden Fuge (Rissbildung) Bild A1-9 enthaumllt eine Zusammenstellung aller moumlglichen Anwen-dungsfaumllle sowie die zugehoumlrigen Bemessungsgleichungen fuumlr uumlberdruumlckte bzw klaffende Querschnitte bei einseitigem oder beidseitigem Wasserdruck

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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-16

H1 Wasserstand am geringer gedruumlckten Rand bzw am Zugrand

H2 Wasserstand am Druckrand

γFi Teilsicherheitsbeiwert fuumlr den hydrostatischen Wasserdruck aus Hi

ed Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten (immer positiv)

h Querschnittshoumlhe edh

auf die Querschnittshoumlhe bezogene Lastausmitte infolge aumluszligerer Bemessungslasten

Nd resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

Md resultierendes Bemessungsmoment infolge aumluszligerer Lasten pro lfd m

xwd Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

xwdh

auf die Querschnittshoumlhe bezogener Bemessungswert der Druckzonenhoumlhe unter Be-ruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

σwdi Bemessungswert des hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

σwdi Bemessungswert des auf die resultierende Bemessungsnormalkraft infolge aumluszligerer Lasten bezogenen hydrostatischen Wasserdrucks aus Hi

120590119886119886119886119889119894 Bemessungswert der absoluten Druckspannung (Summe aus Betondruckspannung und Wasserdruck) im Bauteil

120590119888119889119894 Bemessungswert der Betondruckspannung im Bauteil

Nwd resultierende Bemessungsnormalkraft unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasser-drucks

Mwd resultierendes Bemessungsmoment unter Beruumlcksichtigung des inneren Wasserdrucks

Bild A1-9a Definition der geometrischen und physikalischen Groumlszligen zum inneren Wasserdruck

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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-17

Bild A1-9b Algorithmus zur Ermittlung der Bemessungsgroumlszligen infolge inneren Wasserdrucks

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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-18

zu (4) Bei den Spannungsnachweisen im Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit ist nach DIN EN 1992-1-1 der Ansatz eines Spannungsblocks mit konstanter Druckspannung zulaumlssig Damit koumlnnen groumlszligere rechnerische Tragfaumlhigkeiten nachgewiesen werden Die geschlossene Loumlsung zur Berechnung der Druckzonengroumlszlige bzw der klaffenden Fuge unter Beruumlcksichtigung des Riss- und Porenwasserdrucks nach Lieckfeldt (1898) gemaumlszlig DIN 19702 setzt jedoch eine dreieckfoumlrmige Druckspannungsverteilung voraus Da die getroffenen Rechenannahmen (Komplettausfall der Zugzone eben bleibende Querschnitte etc) insge-samt mit Ungenauigkeiten verbunden sind und die Abweichungen der Ergebnisse unter Beachtung der tatsaumlchlichen Spannungsverteilung (vgl Bild A1-10) bei drei- bzw viereckfoumlrmiger Spannungsverteilung begrenzt sind kann die angegebene Vereinfachung bei Zustaumlnden mit klaffender Fuge angewendet wer-den

Bild A1-10 Verteilung der Spannungen an unbewehrten Querschnitten

zu (7) Die geforderte Begrenzung der Fugenklaffung auf maximal 50 des Querschnitts unter Gebrauchslasten geht uumlber die Forderungen in DIN EN 1992-1-1 hinaus und beruumlcksichtigt die besondere Beanspruchung an Wasserbauten (Wasserundurchlaumlssigkeit zyklische Lasteinwirkung) inkl der laumlngeren Nutzungsdauer Ferner wird damit ndash zumindest teilweise ndash Uumlbereinstimmung mit den Forderungen in den geotechnischen Normen sichergestellt

zu 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten

Der Abschnitt enthaumllt ergaumlnzende Regeln fuumlr Tragwerke aus bewehrtem Beton und auch fuumlr Querschnit-te bei denen die vorhandene Bewehrung geringer als die allgemein vorgegebene Mindestbewehrung fuumlr Stahlbeton nach DIN EN 1992-1-1 ist

Die Nachweise der Tragfaumlhigkeit im Querschnitt (STR) sind grundsaumltzlich nach DIN EN 1992-1-1 zu fuumlh-ren und umfassen vorrangig die Versagensformen Betondruck- und Bewehrungsstahlzugversagen infolge von Momenten- und Normalkraftbeanspruchung sowie Schubversagen infolge der Uumlberschreitung der schiefen Hauptzugspannungen unter Querkrafteinwirkung bei meist querkraftunbewehrten Querschnitten Bei zyklisch beanspruchten Tragwerken z B Schiffsschleusen sind ggf Nachweise hinsichtlich Materi-alermuumldung zu fuumlhren

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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 2 ndash

A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-19

zu (3) Die in DIN EN 1992-1-1 enthaltenen Werte der WOumlHLER-Linie sind identisch mit den Werten in DIN-1045-1 (2008) und liegen unter den Werten der Vorgaumlngernorm DIN 1045-1 (2001) Die vorgenommene Reduzierung der Werte erfolgte auf der Basis von Untersuchungen an gegenwaumlrtig auf dem deutschen Markt vertriebenen Betonstaumlhlen vgl DAfStb (2012) Fuumlr aumlltere Betonstaumlhle gelten die Untersuchungser-gebnisse nicht und es koumlnnen die houmlheren Ermuumldungsfestigkeiten der Vorgaumlngernorm verwendet wer-den

zu (4) Der Nachweis ausreichender Querkrafttragfaumlhigkeit von Stahlbetonquerschnitten ohne Querkraftbeweh-rung nach DIN EN 1992-1-1 ergibt unter den speziellen Verhaumlltnissen an Wasserbauwerken mit kleinen Schubschlankheiten groszligen Querschnittsabmessungen und gleichmaumlszligig einwirkenden Flaumlchenlasten zu groszlige Sicherheiten (Tue et al 2013) Tragwerksschaumlden an Wasserbauten in Deutschland infolge Quer-kraftuumlberbeanspruchung sind bisher nicht aufgetreten Houmlhere rechnerische Querkraftwiderstaumlnde koumln-nen mit dem Nachweisformat des fib Model Codes 2010 (2012) fuumlr Tragwerke unter Flaumlchenlasten in Bereichen mit geringer Momentenauslastung nachgewiesen werden Zur Beibehaltung des vorgeschrie-benen Sicherheitsniveaus ist dabei der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Beton nach DIN EN 1992-1-1 bzw ge-maumlszlig Abschnitt 41 zu ermitteln

zu (6) Beim Rissbreitennachweis ist zu beachten dass der Grenzwert der Rissbreite nach DIN 19702 von 025 mm als 90-Quantilwert die rechnerische Rissbreite im unmittelbaren Wirkungsbereich der Biege-zugbewehrung repraumlsentiert Die Rissbreiten an der Oberflaumlche sind in Abhaumlngigkeit von der Betonde-ckung merklich groumlszliger Deshalb kann als Grenzwert bei uumlblicher Korrosionsbeanspruchung von einer zulaumlssigen Rissbreite an der Betonoberflaumlche von 04 mm ausgegangen werden

zu (7) Der Grenzwert der rechnerischen Rissbreite wmax = 03 mm entspricht den Forderungen der DIN EN 1992-1-1 und kann etwas groumlszliger als der vorgegebene Wert in DIN 19702 angesetzt werden da lediglich der Nachweis hinsichtlich Korrosion gefuumlhrt werden soll Ausreichende Wasserundurchlaumlssigkeit von Rissen die mit dem in DIN 19702 enthaltenen Grenzwert zusaumltzlich abgesichert werden soll kann bei bestehenden Bauwerken in der Regel durch die Bauwerkspruumlfung festgestellt werden und ist somit rech-nerisch nicht weiter zu untersuchen

Eine intensive Korrosionsbeanspruchung liegt dann vor wenn Risse im Bereich von Wasserwechselzo-nen liegen und somit abwechselnd Luft und Wasser ausgesetzt sind Verstaumlrkt wird der unguumlnstige Ein-fluss wenn eine Durchstroumlmung eines Risses stattfinden kann Dies ist z B in zugbeanspruchten Querschnitten ohne verbleibende Druckzone der Fall

zu (8) Fuumlr den Nachweis der Rissbreite bei Stahlbetonbauteilen mit glattem Rundstahl wird vereinfachend auf das Nachweisformat aus DIN EN 1992-1-1 fuumlr gerippten Betonstahl zuruumlckgegriffen und eine Korrektur uumlber einen groumlszligeren Rissabstand eingefuumlhrt Dabei wird naumlherungsweise auf die Ansaumltze in DAfStb (2012) Abschnitt 734 zuruumlckgegriffen und der dort angegebene Verbundbeiwert k1 = 16 fuumlr glatte Staumlbe verwendet

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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A1-20

zu 42 Untersuchungen in Stufe C

zu 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse

zu (1) Grundsaumltzlich besteht das vorrangige Ziel der Analyse darin auf der Basis realistischer statischer Sys-temeigenschaften rechnerische Tragfaumlhigkeitsreserven herauszuarbeiten die sich aus Umlagerungen im Tragsystem von uumlberlasteten und plastifizierten Bereichen zu weniger ausgelasteten Bauteilen hin erge-ben und dadurch zu einer Vergleichmaumlszligigung der Beanspruchung im System fuumlhren Die Modellierung mit nichtlinearen Stoffgesetzen sollte immer das Tragwerk und den Baugrund bzw den umgebenden Bodenbereich mit einbeziehen Mit dem Stoffgesetz sollten erfasst werden

minus im Beton Plastifizierung im Druckbereich Rissbildung im Zugbereich minus in der Bewehrung Plastifizierung (Flieszligen) minus im Boden Plastifizierung im Druck- und Schubbereich ggf im Zugbereich sowie Abloumlseerschei-

nungen im Uumlbergangsbereich Boden Bauwerk (Uumlbergangselemente)

Die berechneten Beanspruchungen sind lastpfadabhaumlngig Dementsprechend kommt der Konfiguration der Lastkombinationen und der Bemessungssituationen besondere Bedeutung zu (vgl DIN EN 1990 Abschn 632)

zu 422 Probabilistische Tragwerksanalyse

zu (1) Verfahren fuumlr eine probabilistische Tragwerksanalyse sind Naumlherungsverfahren wie z B FORM bzw SORM oder aufwaumlndige Verfahren wie z B die Monte-Carlo-Simulation

zu 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten

zu (3) Als zusaumltzlichen Maszlignahmen der Bauwerkspruumlfung kann diesbezuumlglich z B eine Verringerung der Pruumlf-abstaumlnde sinnvoll sein Die Aufgabenblaumltter nach VV-WSV 2101 sind dann entsprechend der festgestell-ten Sicherheitsdefizite als objektbezogene Besonderheit anzupassen bzw zu ergaumlnzen Die Inspektionsergebnisse sind in Kombination mit ggf stattfindenden Messungen zu bewerten und separat zu dokumentieren

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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

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0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

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106

108

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0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

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130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A2-1

Anlage 2

Beispiel fuumlr die Beprobung von Wasserbauwerken zur Ermittlung der Stoffkenn-werte zur Untersuchung der Tragfaumlhigkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A2-2

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer A2-3

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler A2-4

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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A2-2

1 Vorbemerkung

Ist eine Beprobung des Bauwerksbetons zur Erkundung des Aufbaus und zur Ermittlung von Betonkenn-werten erforderlich werden Bohrkerne entsprechend der unter Abschnitt 3312 beschriebenen Vorge-hensweise entnommen Die folgenden Bilder stellen die prinzipielle Vorgehensweise am Beispiel einer Schleuse und einer Wehranlage dar Vertikalbohrkerne werden falls fuumlr die Fragestellung erforderlich beispielsweise in den Wehrpfeilern oder den Schleusenkammerwaumlnden bzw Haumluptern uumlber die gesamte Bauteilhoumlhe entnommen Meist ist es vorteilhaft in Abhaumlngigkeit von den Untersuchungszielen und -randbedingungen diese bis in den Baugrund weiterzufuumlhren Gleiches gilt fuumlr Vertikalbohrkerne im Sohlbereich Mit Horizontalbohrkernen wird ebenfalls in Verbindung mit der Ermittlung von Materialkenn-werten der Aufbau der Bauwerksstruktur erkundet

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A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

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Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

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106

108

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0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

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  • Bildverzeichnis13
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  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 2 ndash

A2-3

2 Beispiel Beprobung Schleusenkammer

Lage der Bohransatzpunkte bull

Querschnitt durch Schleusenkammer mit Anordnung der Entnahmebohrungen

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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A2-4

3 Beispiel Beprobung Wehrpfeiler

Lage der Bohransatzpunkte bull

(ohne Vertikalbohrungen)

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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A3-1

Anlage 3

Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden und Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten

Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung A3-2

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden A3-3

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Widerstaumlnde A3-4 31 Einwirkung Wasser A3-4 32 Einwirkung Eigenlast A3-6 33 Widerstand Betonfestigkeit A3-6

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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

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Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

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0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

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Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A3-2

1 Vorbemerkung

Diese Anlage behandelt spezielle Fragestellungen des Sicherheitskonzeptes fuumlr Wasserbauwerke die vorwiegend in den Nachrechnungsstufen B und C von Bedeutung sind In den Stufen B und C werden eingehendere Untersuchungen vorgenommen bei denen die Basisvariablen von Einwirkungen und Wi-derstaumlnden genauer ermittelt werden

Die Einwirkung Wasser stellt eine Leiteinwirkung fuumlr Wasserbauwerke dar Ihre Ermittlung als veraumlnderli-che Einwirkung ist in DIN 19702 in Verbindung mit DIN EN 1990 als 99-Quantile der entsprechenden Verteilung in der Regel eine GUMBEL-Verteilung geregelt Die 99-Quantile entspricht dem Reziprok-wert der planmaumlszligigen Nutzungsdauer TN = 100 Jahre Haumlufig liegen bei einer Bauwerks-Nachrechnung nur wenige Datensaumltze zur Bestimmung einer entsprechend langen Reihe vor weshalb ein Verfahren auf der Grundlage einer mindestens dreijaumlhrigen Beobachtung angegeben wird vgl 2

Mit den aus den Untersuchungen gemaumlszlig Tabelle 1 bzw Abschnitt 3 gewonnenen Variationskoeffizienten Vi koumlnnen die Teilsicherheitsbeiwerte fuumlr die unguumlnstige Wirkung dieser Einwirkungen sowie fuumlr Wider-staumlnde modifiziert werden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit des jeweiligen Variationskoeffizienten koumlnnen aus Grafiken entnommen werden vgl folgenden Abschnitt 3

Den Nachweisstufen A B und C liegt bezuumlglich des Sicherheitskonzeptes zunaumlchst das Restnutzungs-dauerkonzept zugrunde (Kunz et al 2013 Kunz 2015) Das Restnutzungsdauerkonzept sieht fuumlr ein bestehendes Bauwerk die Uumlbertragung der planmaumlszligigen Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit beim

Neubau die mit β = 38 entsprechend Pf = 10-4 beziffert werden kann auf die restliche Zeit TRN = (TN ndash t) vor wenn bis zu einem Zeitpunkt t kein Versagen eingetreten ist Das hierbei zugrunde liegende Nach-weisprinzip ist dass die Zuverlaumlssigkeit uumlber die Restnutzungsdauer TRN so angepasst wird dass die urspruumlngliche Ziel-Zuverlaumlssigkeit FT (t) wie bei der Herstellung eingehalten wird so dass die sozial-adaumlquate Sicherheit aufrechterhalten bleibt Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten im Rahmen des Teilsicherheitskonzepts nach DIN EN 1990 bei denen vom Prinzip Basisvariablen fuumlr eine 100-jaumlhrige Nutzungszeit Verwendung finden wird ein aumlquivalenter Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN berechnet indem die jaumlhrliche Versagenswahrscheinlichkeit fuumlr die Restnutzungsdauer pfTRN1 auf 100 Jahre bezo-gen wird

( )( )( )Φ β

β Φ Φ TN1 1TRN fTRN1 N

RN

ln 1aumlqu 100 p T

Tminus minus

minus minus minus minus = minus sdot = minus sdot

(A31)

Eine fuumlr die Betrachtung bestehender Wasserbauwerke bdquovernuumlnftigeldquo weitere Nutzungsdauer - auch Restnutzungsdauer wenn die geplante noch nicht abgelaufen ist - sollte ein Weiterbetreiben des Bau-werks ohne kurzfristige Besorgnisse ermoumlglichen und bedeutet ggf nach dieser Zeit eine bdquostatische Wie-dervorlageldquo also eine erneute Uumlberpruumlfung wenn nicht zuvor andere Sachverhalte dazu zwingen Bei erfolgreichem Nachweis wuumlrde das Bauwerk als bdquosicherldquo weiter betrieben Es bleibt offen das bestehen-de Bauwerk in mehreren weiteren Nutzungsdauern weiter zu betreiben oder aber auch eine bdquoaufgezehrteldquo Zuverlaumlssigkeit am Ende dieser weiteren Nutzungsdauer festzustellen Ein groumlszligerer Bauwerksbestand sowie laumlngere Planungs- und Ausfuumlhrungszeiten wie bei Wasserbauwerken der WSV erfordern eine laumlngere weitere Nutzungsdauer womit ein TRN = 30 Jahre einen vernuumlnftigen Ausgangswert darstellt Der aumlquivalente Zuverlaumlssigkeitsindex betraumlgt 349

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A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

110

115

120

125

130

135

140

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

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0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-3

2 Ermittlung von charakteristischen Wasserstaumlnden

Fuumlr Wasser als staumlndige Einwirkung sind die Wasserstaumlnde in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder sonstigen geometrischen Begrenzungen anzusetzen Liegen fuumlr Was-ser als veraumlnderliche Einwirkung keine gemaumlszlig DIN 19702 ermittelten Wasserstaumlnde vor so sind Wasser-staumlnde ebenfalls in Houmlhe von Konstruktionsoberkanten (z B Plattformen von Schleusen) oder ggf bdquofixierteldquo Houmlhenkoten anzusetzen und wie staumlndige Einwirkungen zu behandeln

Nur uumlber wenige Jahre verfuumlgbare Messungen von Wasserstaumlnden als veraumlnderliche Einwirkung koumlnnen uumlber die GUMBEL-Verteilungsfunktion auf andere Zeitraumlume transformiert werden Maniak (2005) PI-ANC (2015) Im Rahmen der Anwendung dieses Merkblatts wird die Einwirkung auf einen 100-jaumlhrigen Zeitraum transformiert um mit den angegebenen Teilsicherheitsbeiwerten das Restnutzungsdauerkon-zept zu erfuumlllen

Aus der Beobachtungsreihe empfohlen wird eine Beobachtung uumlber mindestens 3 Jahre werden Mittel-wert microob und Standardabweichung σob statistisch ermittelt Die Wasserstaumlnde werden mit x als zu ermit-telnde Quantile uumlber die Verteilungsfunktion der GUMBEL-Verteilung berechnet

( ) ( ) minus minus= minus minus

x aF x 1 exp exp

b b 0gt (A32)

Die zugehoumlrige Verteilungsdichtefunktion ist

( )minus

minus

minusminus

x a1 x a bf x = exp minus expb b

ob 0σ gt (A33)

Die Parameter a und b lassen sich folgendermaszligen bestimmen

πσ sdot

=obb

6 rArr

σπsdot

= =obob

6b b (A34)

μ = minus sdotob a 05772 b rArr μ= + sdotoba 05772 b (A35)

Die kurzzeitige Beobachtungsreihe darf naumlherungsweise als Ein-Jahresreihe angenommen werden Die Transformation erfolgt uumlber

=100Jahre obb b (A36)

( )μ= minus sdot + sdot100Jahre ob ob oba b ln100 05772 b (A37)

Die Bestimmung des charakteristischen Werts liefert Gleichung (A32)

Niedrigwasser-Analysen koumlnnen sinngemaumlszlig durchgefuumlhrt werden anstelle von -((x-a)b) in den Vertei-lungsfunktionen (A32) und (A33) wird +((x-a)b) eingesetzt um den Funktionsast auf der Seite der Kleinstwerte zu erfassen

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

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0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

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0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

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0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A3-4

3 Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten fuumlr Einwirkungen und Wider-staumlnde

Der nachfolgenden Modifizierung von Teilsicherheitsbeiwerten liegt das Restnutzungsdauerkonzept fuumlr eine Restnutzung von TRN = 30 Jahren zugrunde siehe Abschnitt 1 Die charakteristischen Werte die mit den so modifizierten Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt werden sind dennoch fuumlr eine Nutzungsdauer von TN = 100 Jahren zu ermitteln da die Modifizierung uumlber den aumlquivalenten Zuverlaumlssigkeitsindex aumlquβTRN bewerkstelligt wird Nur durch diese Methodik wird die Gesamt-Zuverlaumlssigkeit eingehalten siehe Abschnitt 1 Bei der Ermittlung der nachfolgenden Teilsicherheitsbeiwerte wurde die Modellunsi-cherheit jeweils zu γEd = γRd = 105 angesetzt da uumlber eine qualifizierte Bestandsaufnahme am Bauwerk Modellunsicherheiten gegenuumlber dem Entwurfsstatus fuumlr Neubauten weiter reduziert werden

31 Einwirkung Wasser

Zur Bestimmung des charakteristischen Kennwerts fuumlr Wasser als veraumlnderliche Einwirkung und aus begrenzten Zeitreihen siehe Abschnitt 1

Die Bezugshoumlhe zur Bestimmung des Variationskoeffizienten fuumlr den Wasserstand ist der jeweilige Be-messungsschnitt vereinfacht darf jedoch hierfuumlr die Bauwerkssohle angenommen werden Der Teilsi-cherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung Wasser fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A31 und ggf aus Bild A32 entnommen

Bild A31 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserdruckkraft γQ= f(Vi)

In bestimmten Faumlllen ist es sinnvoll die Wasserdruckkraft direkt als Bemessungswert anzusetzen indem sie uumlber den Bemessungswasserstand errechnet wird Hierzu ist der Netto-Bemessungswasserstand HdW aus dem charakteristischen Wasserstand HkW uumlber HdW = HkW γf1 mit γf1 aus Bild A32 zu berech-nen Wasserdruckkraft Schnittgroumlszlige oder Beanspruchung im Bemessungszustand sind schlieszliglich mit

105

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Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γQ fuumlr Wasserdruckkraft

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A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

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120

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130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-5

der Modellunsicherheit γEd = 105 zu multiplizieren Weitergehende Informationen finden sich in Kunz (2014)

Bild A32 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Wasserstandshoumlhe γf1 = f(Vi)

32 Einwirkung Eigenlast

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Einwirkung bdquoEigenlastldquo in der Regel sind dies Lasten aus Beton oder Mauerwerk fuumlr die im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme gewonnenen Kennwerte wird aus Bild A33 entnommen

Bild A33 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Eigenlasten γG = f(Vi)

100

102

104

106

108

110

0 01 02 03 04 05 06

Variationskoeffizient des Wasserstands

Teilsicherheitsbeiwert γf1 fuumlr Wasserstandshoumlhe

100

105

110

115

120

125

130

135

0000 0025 0050 0075 0100 0125

Variationskoeffizient der Eigenlast

Teilsicherheitsbeiwert γG fuumlr Eigenlasten

BAWMerkblatt Bewertung der Tragfaumlhigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Ausgabe Juli 2016 ndash Anlage 3 ndash

A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313
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A3-6

33 Widerstand Betonfestigkeit

Der Teilsicherheitsbeiwert fuumlr die Betonfestigkeit abgeleitet aus den im Rahmen einer qualifizierten Be-standsaufnahme gewonnenen Kennwerten wird aus Bild A34 entnommen Beruumlcksichtigt ist dabei der Entfall des Uumlbertragungsfaktors da die Proben direkt aus dem Bauwerk entnommen werden In der au-szligergewoumlhnlichen Bemessungssituation kann das Mittel aus dem Diagrammwert und 10 verwendet wer-den

Bild A34 Teilsicherheitsbeiwert fuumlr Betondruck- bzw -zugfestigkeit γC = f(Vi) fuumlr die staumlndige und vo-ruumlbergehende Bemessungssituation

105115125135145155165175185

0 01 02 03 04 05

Variationskoeffizient der Betonfestigkeit

Teilsicherheitsbeiwert γC fuumlr Betonfestigkeit

  • Titelblatt13
  • Inhaltsverzeichnis13
  • Tabellenverzeichnis13
  • Bildverzeichnis13
  • Anlagenverzeichnis13
  • 1 Vorbemerkungen und Anwendungsbereich
  • 2 Allgemeines
    • 21 Definitionen
    • 22 Besonderheiten bei Wasserbauwerken
    • 23 Vorgehen Untersuchungsstufen Anforderungen
      • 3 Grundlagen und Ausgangsbasis
        • 31 Bestandsaufnahme
          • 311 Bestandsunterlagen
          • 312 Ergebnisse der Bauwerksinspektion
          • 313 Messungen
            • 32 Einwirkungen
              • 321 Staumlndige Einwirkungen
              • 322 Veraumlnderliche Einwirkungen
              • 323 Auszligergewoumlhnliche Einwirkungen
                • 33 Baustoffe
                  • 331 Beton
                    • 3311 Materialkennwerte in Untersuchungsstufe A
                    • 3312 Kennwertermittlung und Untersuchung des Bauwerksaufbaus in den Untersuchungsstufen B und C
                      • 332 Betonstahl
                      • 333 Mauerwerk
                      • 334 Baugrund
                          • 4 Statische Berechnungen
                            • 41 Stufen A und B
                              • 411 Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungssituationen
                              • 412 Geotechnische Nachweise
                              • 413 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei unbewehrten Querschnitten aus Beton oder Mauerwerk
                              • 414 Tragfaumlhigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei Stahlbetonquerschnitten
                                • 42 Untersuchungen in Stufe C
                                  • 421 Nichtlineare Systemtraglastanalyse
                                  • 422 Probabilistische Tragwerksanalyse
                                  • 423 Experimentelle Tragfaumlhigkeitsnachweise
                                  • 424 Risikoanalyse
                                      • 5 Kompensation von Sicherheitsdefiziten
                                      • Literatur
                                      • Bezugsregelwerke
                                      • Anlage 1
                                      • Anlage 2
                                      • Anlage 313

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