Das Gebäude der Bergwerksdirektion in Saarbrücken sollte zum Einkaufszentrum umgebaut werden. Dabei war auch die Tragsicherheit einer denkmalgeschützten gusseisernen Treppenkonstruktion für Lasten nach DIN 1055-3 (03.06) nachzuweisen. Die Ästhetik der Treppenanlage sollte trotz des höheren Lastansatzes unbeeinträchtigt bleiben. An Materialproben waren bereits vom Büro für Baukonstruktionen in Karlsruhe Festigkeitswerte ermittelt worden, mit denen sich der Nachweis rechnerisch nicht führen ließ. Wir nahmen die Herausforderung an und haben experimentelle Tragsicherheitsbewertungen an insgesamt 6 Treppenläufen, 2 Podesten und 2 Stützen durchgeführt.
Aufgrund der komplexen Aufgabe und der Restgefahr eines Sprödbruches kam für uns nur ein kombiniertes Sensornetzwerk in Betracht, das den aktuellen Bauteilzustand sowohl lokal als auch global beurteilen lässt. Ersteres ist meist die Durchbiegungsmessung an mehreren Stellen, letzteres z.B. die örtlich beschränkte Dehnungsmessung an einem Träger. Kraftmessdosen lieferten uns die eingeleiteten Lasten, so dass alle Werte zeitgleich am Monitor als Kraft-Reaktions-Diagramm dargestellt und analysiert werden konnten. Nur diese Sofortanalyse ermöglichte ein rechtzeitiges Unter- oder Abbrechen der Versuche vor Erreichen eines Grenzkriteriums (z.B. Nichtlinearität oder Irreversibilität der Durchbiegungen).
Die Schallemissionsanalyse wurde von uns als zusätzliche Absicherung einmgesetzt, um auch Informationen aus dem Bauteilinneren zu erhalten. Sie kann zur Detektion von Gefügeveränderungen während der Belastungsversuche eingesetzt werden, wie z.B. Rissbildung, Reibung oder Verbundstörungen. Bei diesen Ereignissen wird Energie in Form von Schall freigesetzt, der mit den Sensoren detektiert und mit der entsprechenden Software am Laptop analysiert werden kann, z.B. nach dessen Intensität und Ursprung. Der aktuelle Bauteilzustand kann aufgrund dieser Informationen besser eingeschätzt werden und die Belastung bereits vor einer Schädigung beendet werden. Die Schallemissionsanalyse trug somit dazu bei, dass Belastungen oberhalb des Gebrauchslastniveaus auch bei unklarem Trag- oder Materialverhalten möglich sind, ohne Schädigungen zu riskieren, die die Dauerhaftigkeit beeinträchtigen könnten.
Die detaillierten Ergebnisse haben wir anlässlich des Symposiums Bauwerksdiagnose 2009 (Dresden) und der Konferenz Structural Faults&Repair 2010 (Edinburgh) veröffentlicht:
Gutermann, M. ; Malgut, W.: Wenn der Schein trügt – Belastungsversuche an einer gusseisernen Treppenkonstruktion. In: „Experimentelle Untersuchungen von Baukonstruktionen“, Schriftenreihe Konstruktiver Ingenieurbau, Heft 18, Eigenverlag TU Dresden, September 2009
Gutermann, M. ; Malgut, W.: IN-SITU LOAD TEST OF AN HISTORIC STAIR CASE MADE OF CAST IRON. Proceedings Structural Faults & Repair 15.-17. Juli 2010. Assembly Rooms, Edinburgh
