Bemessung von Tübbingen mit Basaltbewehrung

Für einen Großteil der Bauwerke aus Beton kommt in Österreich wie auch im Ausland trotz zahlreicher Nachteile eine konventionelle Bewehrung aus Stahl zum Einsatz. Diese weist erstens eine hohe Korrosionsanfälligkeit auf, was zu kostenintensiven Instandhaltungs- und Sanierungsmaßnahmen führt, und zweitens rückt die energieintensive Herstellung und die damit verbundene CO2 Bilanz zunehmend in den Fokus ökologischer Kritik. Unter anderem aus diesen Gründen gewinnen alternative Bewehrungsmaterialien an Bedeutung, die sowohl aus technischer als auch aus ökologischer Sicht vielversprechende Perspektiven eröffnen. Besonders nachhaltig hat sich die Verwendung von Basaltfasern, die aus dem weltweit verfügbaren Gestein Basalt gewonnen und zu Bewehrungsstäben oder Rovings verarbeitet werden, herausgestellt. Basalt ist korrosionsbeständig, bietet hohe Zugfestigkeiten und ermöglicht im Falle von Rovings ein automatisiertes Herstellungsverfahren mit flexibler Anpassung der Bewehrung. Trotz dieser Vorteile wird der großflächige Einsatz von Basaltbewehrung durch mehrere Faktoren gehemmt. Neben hohen Produktionskosten sind vor allem fehlende normierte Prüfverfahren und Bemessungsgrundlagen anzuführen, was die Vergleichbarkeit von Materialparametern und eine direkte Integration in gängige Bemessungsprogramme erschwert. Hier setzt die vorliegende Masterarbeit an, indem die Potentiale aber auch die bestehenden Herausforderungen einer Bewehrung aus Basalt analysiert, normative Grundlagen recherchiert und wesentliche Materialkennwerte experimentell ermittelt wurden, um daraus eine Basis für ein Bemessungskonzept zu schaffen. Dafür wurden experimentelle, analytische und numerische Untersuchungen kombiniert. Die numerischen Berechnungsmethoden erfolgten mit dem Finite Elemente Programm Sofistik. Die Versuchsreihen der Kleinversuche umfassten neben direkten Zugversuchen eine Vielzahl an Biegezugversuchen mit herkömmlicher Stahlbewehrung als auch Basaltbewehrung aus Stäben, Rovings und GeoGrids. Anhand der gewonnenen Ergebnisse wurde das numerische Modell angepasst und die Tragverhalten der Bewehrung iterativ bestimmt. Darüber hinaus wurde ein Modell in Sofistik für einen großmaßstäblichen Tübbingversuch erstellt, das verschiedene praxisrelevante Lastfälle, darunter jenen im Tübbingprüfstand als auch Gebirgsdrücke sowie Vorschubkräfte der Tunnelbohrmaschine, abbildet und des Weiteren einen Ausblick auf das Verhalten des Tübbings im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit mit einer Rissweitenbegrenzung gibt. Die Ergebnisse zeigen, dass Basaltbewehrungen, abhängig von Hersteller, Durchmesser und Anordnung, signifikante Zugfestigkeiten erreichen, welche sich in den Berechnungen ebenfalls nachweisen lassen. Damit leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum besseren Verständnis des Potentials von Basalt als Bewehrungsmaterial und soll erste Grundlagen für eine zukünftige Anwendung stellen.