Ansatz zur Beurteilung von chloridbelasteten Stahlbetonbauwerken mit Bewertung der Restlebensdauer / Approach for the assessment of concrete structures subjected to chloride induced deteriotation

Der Beitrag stellt ein ganzheitliches Konzept fuer die Bauueberwachung, Bewertung und Prognose des Bauwerkszustands unter Beruecksichtigung von zeitabhaengigen Degradationsprozessen wie Bewehrungskorrosion und Karbonatisierung vor. Das Konzept liefert Entscheidungshilfen sowohl fuer die Optimierung von Bauwerksentwuerfen als auch fuer die Erhaltungsplanung, wobei auch die Restlebensdauer quantitativ erfasst werden kann. Letztlich ermoeglicht dies eine wirtschaftlichere Erhaltung der Infrastruktur. Das vorgeschlagene Konzept wird am Beispiel einer im Jahre 2008 abgerissenen vorgespannten Fertigteilbruecke ueber den Suedtiroler Teil der Brennerautobahn A22 vorgestellt. Die Neumarktbruecke, eine dreifeldrige Bruecke mit einem 27 m langen Hauptfeld, ueberquert die Brennerautobahn zwischen den Ortschaften Neumarkt und Auer in Suedtirol. Auf vier nebeneinander angeordneten V- foermigen Fertigteiltraegern liegt eine 14 cm dicke Ortbetonplatte. Das Bauwerk wies bereits vor 38 Jahren gravierende Schaeden, hervorgerufen durch starke Chloridbelastung infolge Streusalzeinsatzes, auf. Der Zustand des Bauwerks verschlechterte sich mit der Zeit, sodass 1999 der Rueckbau der Bruecke empfohlen wurde, der dann 2008 erfolgte. Massgebend fuer den Rueckbau waren die starken Schaeden an den Brueckenpfeilern und nicht der Zustand des Ueberbaus. Neben einem kompletten Ersatzneubau waere als Alternative auch ein Erhalt des Ueberbaus mit neuen Pfeilern infrage gekommen. Dazu war eine Quantifizierung der Restlebensdauer des Traegersystems notwendig, die in Form eines vereinfachten Ansatzes vorgestellt wird. Dazu gehoeren zunaechst eine Zustandsbewertung mit Datenerhebung, Analyse und Simulation der Chlorideinwirkung, Abschaetzung der zeitabhaengigen Bewehrungskorrosion, Berechnung des Tragwerksverhaltens bei Beruecksichtigung der Verminderung des Querschnitts der Bewehrung und letztlich Abschaetzung des verbleibenden Sicherheitsniveaus mit Ableitung der dann noch zu erwartenden Restlebensdauer. Viele der dazu durchzufuehrenden Untersuchungen wurden mit entsprechender Software durchgefuehrt. Die Ermittlung des Verhaltens der degradierten Struktur erfolgte mit einem nichtlinearen Finite-Element Programm auf der Basis bruchmechanischer Ansaetze. Da keine Messergebnisse zur Chloridkonzentration an der Bauteiloberseite vorlagen, wurden diese auf der Grundlage punktuell vorhandener Versuchsergebnisse aus unterschiedlichen Tiefen zurueckgerechnet. Ausgehend von diesen abgeschaetzten Oberflaechenkonzentrationen wurde mittels der Cellular-Automata-Technik des Eindringverhalten der Chloride mittels der Software CATES simuliert. Die Beschreibung der zeitlichen Querschnittsverminderung der Spannstaehle erfolgte unter Annahme von Lochfrasskorrosion. Im Rahmen der Zuverlaessigkeitsbewertung und der Bestimmung der Restlebensdauer wurden sowohl der Grenzzustand der Tragfaehigkeit als auch die Grenzzustaende der Gebrauchstauglichkeit betrachtet. Die Ergebnisse zeigten, dass die V-Traeger noch waehrend weiterer 20 Jahre funktionsfaehig geblieben waeren. ABSTRACT IN ENGLISH: The maintenance of an adequate safety level of concrete bridges during service life with gradual degradation due to traffic and environmental actions is an expensive, problematic and questionable task. Chloride ion ingress is an important aspect of durability design and maintenance, especially in regions where deicing salt application for traffic safety is common, e. g. for highways. A feasible approach for the assessment of chloride induced deterioration and its consequences on the safety level, remaining service life and thus maintenance planning will be presented by a case study. Steps include the extraction of samples, laboratory test, inverse analysis and prognosis of chloride ingress, prediction of likely corrosion propagation over time and determination of the current and future safety level with regard to code based service limit states and ultimate limit states. Finally different maintenance strategies are compared with respect to the total life cycle costs. (A)