Technische Aspekte

Spezifische technische Aspekte wie Dauerhaftigkeit, Dichtigkeit von Stahlspundwänden, Erdbebenberechnungen usw. müssen gegebenenfalls berücksichtigt werden. Nachstehend finden Sie die häufigsten Probleme und ihre Lösungen.

Nachhaltigkeit wird in einem eigenen Abschnitt der Website ausführlicher behandelt.

Dauerhaftigkeit

Stahlspundbohlen werden in großem Umfang für dauerhafte Erdstützungs- und Strukturgründungsarbeiten verwendet. In den meisten Fällen können sie in ungeschütztem Zustand verwendet werden. Der Grad der Korrosion und die Frage, ob ein Schutz erforderlich ist, hängen von der Arbeitsumgebung ab, die sogar innerhalb derselben Anlage unterschiedlich sein kann.

Im Allgemeinen sind Meeresumgebungen am korrosivsten und unvorhersehbarsten. Auf wenigen Metern sind Teile der Spundbohlen in Kontakt mit dem Erdreich und sind dem Meerwasser, den Gezeiten, Spritzwasser und maritimer Umgebung ausgesetzt.

Für die meisten Umgebungen wurden charakteristische Korrosionsraten gemessen (Erdreich, atmosphärische Umgebung, Süßwasser, Meeresumwelt...). Im Idealfall werden die an benachbarten Bauwerken gemessenen Korrosionsraten berücksichtigt, aber in den meisten Fällen sind diese Daten entweder nicht verfügbar oder nicht zuverlässig. Typische Korrosionsraten können der europäischen Norm DIN EN 1993 - Teil 5 entnommen werden. Beachten Sie, dass in bestimmten Situationen Korrosion aufgrund örtlicher Bedingungen zu höheren Korrosionsraten führen kann, was detaillierte Standortuntersuchungen und Datenanalysen erfordert.

In vielen Fällen sind die Korrosionsraten von Stahl gering und der Einsatz von Schutzmaßnahmen nicht erforderlich. Es gibt jedoch Fälle, in denen die Korrosion ein größeres Ausmaß annehmen kann, so dass Maßnahmen in Betracht gezogen werden sollten, die die Nutzungsdauer eines Bauwerks verlängern können.

Schutzmaßnahmen und Überlegungen zur Bemessung umfassen eine oder eine Kombination der folgenden Methoden:

Beschichtungen (typischerweise nur in Zonen mit hoher Korrosionswahrscheinlichkeit);
Verwendung eines stärkeren/dickeren Profils oder einer höherwertigen Stahlsorte, um eine „statische Reserve” zu schaffen;
Bemessung zur Vermeidung der maximalen Biegemomente in Zonen mit hohen Korrosionsraten;
Verlängerung der Betonholmabdeckung unterhalb des Niedrigwasserspiegels;
Verwendung der Stahlgüte ^AMLoCor® (am effizientesten in der permanenten Unterwasserzone und in der Niedrigwasserzone);
Verwendung der Stahlgüte ASTM A690 (Spritzwasserzone);
kathodischer Korrosionsschutz durch Einleitung von Strom oder durch Opferanoden (schützt die ständig mit Wasser in Kontakt stehende Oberflächen).

Die nachteiligen Auswirkungen von Abrieb und Erosion sollten bei der Bemessung oder bei der Auswahl von Schutzmethoden berücksichtigt werden, z. B. bei der Verwendung von speziellen Beschichtungssystemen.

Schließlich sollte Lochfraßkorrosion, ein lokales Phänomen, das in der Regel auf einen kleinen Teil der Oberfläche des Bauwerks beschränkt ist, überwacht werden. Maßnahmen, die verhindern, dass der zurückgehaltene Boden durch die kleinen Löcher ausgewaschen wird, sind leicht zu realisieren. Beachten Sie, dass die Lochfraßkorrosion im Allgemeinen die Gesamtstandsicherheit der Stützwand nicht beeinträchtigt.

In den meisten Fällen ist die Konstruktion mit einer Abrostungsreserve aus Stahl die kosteneffektivste.

In rauen maritimen Umgebungen kann für den Teil unter Wasser ein kathodischer Schutz von Anfang an konzipiert und später eingebracht werden, wenn die Überwachung des Bauwerks zeigt, dass die Korrosionsraten nach mehreren Jahren höher sind als in den Entwurfsannahmen vorgesehen.

Dauerhaftigkeit

AMLoCor^® – Stahlgüte für maritime Strukturen

AMLoCor ist ArcelorMittals „korrosionsarme” Stahlgüte, die die Konstruktion von Hafenanlagen revolutioniert.

Der Hauptvorteil von AMLoCor ist eine deutliche Reduzierung der Korrosionsraten in der „Niedrigwasserzone” (NWZ) und in der „Unterwasserzone” (UWZ), die normalerweise der Bereich der maximalen Biegemomente und folglich der Bereich mit den höchsten Stahlspannungen ist.

AMLoCor ist die Lösung für die große Herausforderung an Konstrukteuren und Hafenbehörden: Dauerhaftigkeit von Meeresbauwerken wie Kaimauern, Wellenbrecher und Landungsbrücken.

Eurocode 3 – Teil 5 (EC 3-5) enthält Referenztabellen mit typischen Korrosionsraten, die für Standard-Kohlenstoffstahl in nordeuropäischen Ländern gelten. In-situ-Prüfungen, die mehr als 15 Jahre dauerten, bewiesen, dass der Verlust der Stahldicke von AMLoCor im Vergleich zu herkömmlichem Baustahl in den kritischen Zonen um einen Faktor 3 (UWZ) bis 5 (NWZ) reduziert ist.

AMLoCor führt zu erheblichen Einsparungen beim Stahlgewicht im Vergleich zu Spundwandlösungen aus ungeschütztem Kohlenstoffstahl, sobald der prognostizierte Verlust an Stahldicke in der Unterwasserzone signifikant ist (höher als in EC 3-5). Kathodischer Schutz oder Beschichtungen können verwendet werden, um die Nutzungsdauer der Spundwandkonstruktion zu verlängern, aber AMLoCor wird in vielen Fällen langfristig die kosteneffektivste Lösung darstellen, wenn man die Wartungs- und Reparaturkosten mit einbezieht.

Zudem weist AMLoCor Kompatibilität mit kathodischem Schutz und Beschichtungen auf.

AMLoCor-Stahlgüten sind durch die bauaufsichtliche Zulassung Z-30.10-55 des DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik) abgedeckt, die 2017 erteilt wurde. Ein Patent ist bereits angemeldet.

Die mechanischen Eigenschaften von AMLoCor entsprechen vollständig denen von Standardspundwandgüten, so dass der strukturelle Widerstand nach allen einschlägigen Bemessungsregeln für Stahlspundwandkonstruktionen, z. B. EC 3-5 in europäischen Ländern, bestimmt werden kann.

Einige AZ-Profile sind in AMLoCor erhältlich, von AMLoCor Blue 320 bis Blue 390 (Streckgrenze von 320 MPa bis 390 MPa).

Eine umfangreiche Proberammung wurde 2010 in Dänemark durchgeführt. Die gleichen Spundwandprofile in S 355 GP und AMLoCor Blue 355 wurden in sehr harte Böden mit einigen Findlingen gerammt. Die Pfähle wurden während des Einbringens überwacht und anschließend herausgezogen und geprüft. Die Prüfung hat gezeigt, dass das Verhalten von AMLoCor-Spundbohlen dem von Spundbohlen aus gewöhnlichem Stahl entspricht.

AMLoCor^®

Wasserdichtigkeit von Spundbohlen

Stahlspundbohlen sind an sich vollkommen wasserundurchlässig. Das Wasser kann lediglich durch die Schlösser der Spundwand sickern. Aufgrund seiner Form hat das Larssen-Schloss einen hohen Sickerwiderstand. Bei Anwendungen wie temporären Stützwänden, bei denen eine geringe Durchsickerung akzeptabel ist, sind daher keine zusätzlichen Dichtungsmaßnahmen erforderlich. Bei Bauwerken, die einen mittleren bis hohen Sickerwiderstand erfordern, beispielsweise Dichtwänden kontaminierter Standorte, Stützkonstruktionen von Brückenwiderlagern oder Tunnelbauwerken, wird der Einsatz von Doppelbohlen mit werkseitiger Schlossdichtung oder verschweißten Schlössern empfohlen.

Dichtungsmaßnahmen für wasserdichte Spundwände

Zur Erhöhung der Wasserdichtigkeit von Spundwänden werden folgende Dichtungsmaßnahmen eingesetzt:

bituminöse Vergussmasse: Beltan® Plus, maximaler Wasserdruck: 100 kPa;
Wachs & Vergussmasse auf Mineralölbasis: Arcoseal™, maximaler Wasserdruck: 100 kPa;
wasserquellendes Produkt: ROXAN® Plus System, maximaler Wasserdruck: 200 kPa;
AKILA® System, maximaler Wasserdruck: 300 kPa;
Verschweißen: 100 % wasserdicht.

Da das Darcy-Gesetz für den Abfluss durch homogene Strukturen nicht auf Leckagephänomene durch Spundwandschlösser anwendbar ist, wurde von GeoDelft (Deltares) ein neues Konzept des „Fugenwiderstands” entwickelt.

Wasserdichtigkeit

Erfahren Sie mehr über undurchlässige Spundwände

Broschüre „Undurchlässige Wände”

Brandschutz

Der Brandschutz ist ein wichtiges Bemessungskriterium für Stahlspundbohlen, die als dauerhafte Konstruktionselemente in Tiefgaragen, Kellern und Infrastrukturbauwerken (Tunnel, Unterführungen...) eingesetzt werden. ArcelorMittal hat umfangreiche Untersuchungen zu diesem Thema durchgeführt und kann bei den erforderlichen Brandschutznachweisen behilflich sein.

Eine umfassende Beschreibung der Bemessung ist in der Broschüre „Tiefgaragen. Feuerbeständigkeit” (siehe unten) zu finden. Darüber hinaus enthält sie ein einfach anzuwendendes Prüfverfahren, das eine vereinfachte Bewertung des Brandschutzes der Stahlspundwandkonstruktion in der Vorentwurfsphase ermöglicht.

Die F&E-Abteilung von ArcelorMittal hat vor Jahren eine Software für den internen Gebrauch entwickelt, die den Einfluss des (gesättigten) Bodens hinter der Spundwand im Brandfall berücksichtigen kann.

Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen oder für eine kostenlose Vorbemessung mit unserer exklusiven Software.

Feuerbeständigkeit

Erdbebenberechnung

Obwohl Spundbohlen ihre Leistungsfähigkeit unter Erdbebenbelastung in vielen Ländern der Welt unter Beweis gestellt haben, zögern einige Konstrukteure noch immer, Spundbohlen in erdbebengefährdeten Gebieten einzusetzen. Diese Befürchtung kann aus ihrer Erfahrung mit konventionellen Berechnungsmethoden resultieren, die flexible Wände unter seismischen Bedingungen nicht begünstigen. Diese Berechnungsmethoden bestehen in der Regel aus pseudostatischen Berechnungen auf der Grundlage der Theorie von Mononobe-Okabe (1931).

Numerische Studien und physikalische Experimente (Zentrifugenversuche) haben gezeigt, dass diese konventionellen Berechnungsmethoden die Belastungen von Stützwänden überbewerten, insbesondere im Fall von flexiblen Wänden.

Heutzutage ermöglichen leistungsstarke Bemessungswerkzeuge, die Finite-Elemente-Modellierung (FEM) verwenden, dynamische Berechnungen, die das Verhalten von Stützwänden unter verschiedenen seismischen Lasten genau vorhersagen können. Ein Forschungsprojekt unter der Leitung der F&E-Abteilung von ArcelorMittal und eine Studie des weltweit führenden maritimen Ingenieurbüros SENER haben ein erhebliches Optimierungspotenzial bei der Verwendung dieser fortschrittlichen Berechnungsmethoden aufgezeigt.

Für weitere Informationen oder Unterstützung bei der dynamischen Bemessung von Spundbohlen mit FEM können Sie sich gerne an uns wenden.

Erdbebenberechnung