Newsletter 2010/1 - Fakultät für Bau - Ruhr

Editorial
Sehr geehrte Leserin, sehr geehrter Leser!
Im Zuge der Neubesetzungen
von Lehrstühlen an unserer
Fakultät wird Herr Dr.-Ing.
Justin Geistefeldt zum 1. Juli
2010 die Professur „Verkehrsplanung und Verkehrsmanagement“ in der Nachfolge von
Herrn Prof. Dr.-Ing. Brilon antreten. Herr Dr.
Geistefeldt, Absolvent und Promovend unserer Fakultät, ist bislang Dezernent beim Hessischen Landesamt für Straßen- und Verkehrswesen.
Darüber hinaus wurde ein weiteres Berufungsverfahren für eine neue W2-Professur „Energie- und
ressourceneffizientes Bauen“ eingeleitet. Gerade
auf diesem auch gesellschaftspolitisch hochaktuellen Gebiet erwartet sich die Fakultät ein erhebliches
Forschungspotenzial, was mit einer entsprechenden
Besetzung dieser neuen Professur besonders forciert
werden soll. Gleichzeitig wird mit dieser Professur
die Lehre im Bereich „Umwelttechnik und Ressourcenmanagement“ nachhaltig verstärkt und
sinnvoll erweitert.
Eine weitere, für die Fakultät einschneidende personelle Veränderung ergibt sich in unserem Dekanat. Unser langjähriger Geschäftsführer des Dekanats, Herr Dr.-Ing. Reinhard Bergmann, wird zum
31. August 2010 in den Ruhestand treten. Wenngleich auch bereits die Nachfolge geregelt ist, wird
die Wissenslücke um die zahllosen Details unserer
Fakultät, die Herr Dr. Bergmann hinterlässt, in
nächster Zukunft spürbar werden.
Im vergangenen Wintersemester wurde der Studiengang Computational Engineering, der an unserer Fakultät bereits seit 2000 erfolgreich betrieben
wird, auch in die neugegründete VietnamesischDeutsche-Universität in Ho Chi Minh City exportiert. Erklärtes Ziel ist es, dass diese Universität, die
u.a. vom DAAD nachhaltig gefördert wird, als Modell-Universität bis 2020 in die Reihen der 200 besten Hochschulen der Welt vorrücken soll. Im ersten
Semester werden dort in dem von uns betreuten
Studiengang bereits 20 Studierende von deutschen
und vietnamesischen Dozenten unter der Federführung von Professoren unserer Fakultät ausgebildet,
wobei in den nächsten Jahren erhebliche Zuwächse
erwartet werden.
Die General-Instandsetzung der Ruhr-Universität
Bochum nimmt mittlerweile immer mehr Fahrt auf
und wirft dabei auch schon erste Schatten auf unsere Fakultät. So sollen die neuen Gebäude ID und
IDN im Herbst dieses Jahres bezugsfertig sein. Damit steht dann auch der Umzug des Grundbaulabors
aus dem Lottental und des Labors für Verkehrswegebau aus dem ICFW-Trakt in das IDN-Gebäude
(östlich von ICN) an. Gleichzeitig muss der derzeit
im Bereich ICFW beheimatete Lehrstuhl für Verkehrswegebau (Prof. Radenberg) interimsmäßig in
unser Stammgebäude IA umziehen, da ab Herbst
2010 die Instandsetzung im gesamten IC-Komplex
beginnen soll, in den unsere Fakultät dann voraussichtlich Ende 2012 gemeinsam mit der Fakultät für
Maschinenbau umziehen soll. Zusätzlich sind bis
dahin im IA-Gebäude noch weitere Flächen für
Verwaltungseinheiten verfügbar zu machen, sodass
für alle Einheiten unserer Fakultät gilt, etwas enger
zusammenzurücken.
Wie den meisten von Ihnen sicherlich bekannt ist,
wird sich die Ruhr-Universität Bochum bei der jetzt
ausgeschriebenen dritten Runde der Exzellenzinitiative erneut bewerben. Dabei steht die enge Verknüpfung von Lehre und Forschung in besonderem
Fokus. Wenn auch in den Ingenieurwissenschaften,
und insbesondere im Bauingenieurwesen, aktuelle
Forschungserkenntnisse stets laufend in die Lehre
eingebaut wurden, gibt es dennoch weitere Ideen,
diese beiden Hauptaufgaben eines Hochschullehrers
noch enger miteinander zu verknüpfen. Diesbezüglich werden derzeit von einer Arbeitsgruppe verschiedene Ansätze eruiert, die dann insbesondere in
die Master-Studiengänge „Bauingenieurwesen“ und
„Umwelttechnik und Ressourcenmanagement“ einfließen sollen.
Mit freundlichen Grüßen
Univ. Prof. Dr.-Ing. R. Breitenbücher
Dekan der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
Neues aus der Fakultät
Promotionen im Jahr 2009/2010
Dipl.-Ing. Bastian Klein: Ermittlung von Ganglinien für die risikoorientierte Hochwasserbemessung
von Talsperren
Dipl.-Ing. Andreas Wöllhardt: Tragmodelle für offene und geschlossene Stahlprofile im Einspannbereich von Stahlbetonkonstruktionen
M.Sc. Dominik Wisser: : Modeling of Irrigation
and Reservoirs in Regional and Global Water Cycles
Dipl.-Ing. Felix Nagel: Numerical modelling of
partially saturated soil and simulation of shield supported tunnel advance
Dipl.-Ing. Bach Tuyet Trinh: Constitutive Modelling and Numerical Simulation of Localization Phenomena in Solid Materials with Application to Soils
and Geomaterials
Dipl.-Ing. Michèl Bender: Zum Querkrafttragverhalten von Stahlbetonbauteilen mit Kreisquerschnitt
Dipl.-Ing. Björn Siebert: Betonkorrosion infolge
kombinierten Säure-Sulfat-Angriffs bei Oxidation
von Eisendisulfiden im Baugrund
Dipl.-Ing. Erkan Rumanus Ein mikromechanisch
orientiertes numerisches Schädigungsmodell für
Stahlbeton unter Einbeziehung von hygro-mechanischen Einwirkungen
Dipl.-Ing. Ulrich Schmitz: Vergleichende Untersuchungen zum Einsatz von Mess-, Steuer- und Regeltechnik auf Kläranlagen mit Belebungsverfahren
als Grundlage eines universellen Anwenderprogramms
Dipl.-Ing. Ingo Mittrup: Unterstützung der messtechnischen Langzeitüberwachung sicherheitsrelevanter Ingenieurbauwerke basierend auf einem
Multiagentensystemansatz
Preise und Auszeichnungen
Preise für Studierende (durch Universität):
M.Sc. Mehdi Goodarzi
Professor-Zerna-Preise:
- Bester Abschluss Vordiplom:
cand.-ing. Kathrin Herberg
- Bester Abschluss Diplom:
Dipl.-Ing. Rebekka Ebel
- Beste Promotion:
Dr.-Ing. Yvonne Lins
Umweltpreis
Dipl.-Ing. Markus Schulte
Ruth und Gert Massenberg-Studienabschlussstipendium:
cand.-ing. Christina Günther
Buchpreise für nachfolgend beste Abschlüsse:
- Bauingenieurwesen:
Dipl.-Ing. Denise Hussein
Dipl.-Ing. Christina Fust
- UTRM:
Dipl.-Ing. Melanie Weber
Dipl.-Ing. Danijel-Josip Borosa
- Computational Engineering:
M.Sc. Muhammad Sabeel Khan
M.Sc. Kiril Stojanowski
Neuer Professor am Lehrstuhl
Informatik im Bauwesen
Pünktlich zum Wintersemester 2009/2010 ist Prof.
Dr.-Ing. Markus König dem
Ruf auf die W3-Professur
„Informatik im Bauwesen“
am Institut für Computational Engineering der Fakultät
für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften gefolgt
und
übernahm
zum
01.10.2009 die Lehr- und Forschungstätigkeiten
von Prof. Dr.-Ing. Dietrich Hartmann. Nach seinem
Bauingenieurstudium mit Studienrichtung Angewandte Informatik an der Leibniz-Universität Hannover war Prof. König zwischen 1997 und 2003 als
wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Bauinformatik der Leibniz-Universität Hannover unter
der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Rudolf Damrath tätig. Im Jahre 2003 promovierte er über mathematische Konzepte zur Modellierung von Prozessen für
die kooperative Gebäudeplanung. Anschließend
war Prof. König als Geschäftsführer der Firma
jPartner Software GmbH & Co. KG tätig, die er im
Jahre 2000 infolge eines erfolgreich durchgeführten
Forschungsprojektes mit der Volkswagen AG mit
gegründet hatte. Im Jahre 2004 hat Prof. König einen Ruf auf die Juniorprofessur „Theoretische Methoden des Projektmanagements“ an die BauhausUniversität Weimar angenommen und in den letzten
Jahren verschiedene Forschungsprojekte erfolgreich
bearbeitet.
Seine wissenschaftlichen Schwerpunkte liegen auf
den Gebieten der Kopplung von komplexen Systemen, der wissensbasierten Bauablaufplanung und
der Simulation von Bauprozessen unter Verwendung heuristischer Optimierungsverfahren. Aktuelle
Projekte beschäftigen sich beispielsweise mit der
automatischen Generierung von Bauprozessen unter
Verwendung von Erfahrungswissen (DFG-Projekt),
der formalen Beschreibung von unscharfen Randbedingungen für die Optimierung von Ausbauprozessen (DFG-Projekt) oder Strategien für den robusten Entwurf von Tragwerken (ProExzellenz
Thüringen).
Im Rahmen seiner zukünftigen Forschungsaktivitäten sollen intelligente Konzepte zur kontextbezogenen Kopplung von Ingenieurmodellen unter
Einsatz von Methoden des Virtual Engineering
entwickelt werden. Hierzu wird in den nächsten
Jahren ein sogenanntes Virtual Engineering Labs an
der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Ruhr-Universität Bochum eingerichtet.
Dynamische Modellkopplungen bzw. komplexe Interaktionen sind auch im Rahmen des beantragten
Sonderforschungsbereichs „Interaktionsmodelle für
den maschinellen Tunnelbau“ von essentieller Bedeutung.
Bericht der Fachschaft
Auch in diesem Semester ist die Fachschaft Bauingenieurwesen wieder besonders aktiv. Wie jedes
Semester wird auch in diesem die legendäre IAParty veranstaltet, die am 10.06.10 stattfindet. Natürlich gibt es auch, wie es für die warmen Monate
üblich ist, ein Fußballturnier der besonderen Art.
Das Turnier wird voraussichtlich am 23.06.10 ausgetragen und es sind wie jedes Jahr alle Studierenden, Lehrstuhlmitarbeiter und Professoren herzlich
eingeladen.
Seit Neustem gibt es in der Fachschaft auch BauIng
T-Shirts, selbstverständlich in verschiedenen Größen und Farben für Frauen und Männer.
Die Fachschaft Bauingenieurwesen freut sich auf
eine rege Teilnahme an den diesjährigen Veranstaltungen und wünscht allen Studierenden, Mitarbeitern und Professoren der Fakultät ein erfolgreiches
Semester.
Bild 1: Die Fachschaft beim Spiel ….
Bild 2:
…. und bei der Arbeit
Neues aus den Lehrstühlen und
Arbeitsgruppen
Baustofftechnik
Entwicklung von selbstverdichtendem Beton
für den Einsatz im Straßenbau
Bei der Herstellung von Betonfahrbahndecken mit
Gleitschalungsfertigern ist der Einsatz von Betonen
mit steifer bis sehr steifer Konsistenz bis dato unabdingbar (Bild 1). Solch steife Betone erfordern eine
verhältnismäßig hohe Verdichtungsarbeit, die über
am Fertiger fest angeordnete Innenrüttler geleistet
wird. Infolge lokal konzentrierter Verdichtung tritt
in den Rüttelgassen ein erhöhter Feinmörtelanteil
auf, wodurch sich die Betoneigenschaften in diesen
Bereichen u. U. gegenüber denen der angrenzenden
Betonflächen verändern können. Treten im Laufe
der Nutzung Risse auf, werden diese bevorzugt entlang der Rüttelgassen – auch wenn diese nicht
zwangsläufig rissursächlich sind – als systembedingte Schwachstelle lokal fixiert.
Mit selbstverdichtendem Beton (SVB) könnte beim
Bau von Fahrbahndecken der Einbau erleichtert,
wirtschaftlich verbessert und die oben als potentielle Schwachstellen dargelegten Rüttelgassen eliminiert werden. Da ein herkömmlicher SVB in sehr
fließfähiger Konsistenz mit Gleitschalungsfertigern
nicht eingebaut werden kann, ist für diesen Zweck
ein Beton mit ausgeprägt thixotropen Eigenschaften, d. h. hoher Fließfähigkeit während des Einbaus
und anschließender Aufbau von Formstabilität innerhalb kürzester Zeit zu entwickeln.
Bild 2: Beton mit thixotropen Eigenschaften (links:
unmittelbar nach Mischen sehr fließfähig,
rechts: 5 min später hohe Grünstandfestigkeit)
Bild 1: Gleitschalungsfertiger im Straßenbau
Um dieser Fragestellung nachzugehen, wurden am
Lehrstuhl für Baustofftechnik der Ruhr-Universität
Bochum im Rahmen eines Forschungsprojektes der
Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) die wesentlichen Einflussparameter auf die Fließfähigkeit und
das thixotrope Verhalten an Leimen und Betonen
untersucht. Dazu wurden verschiedene Betonzusatzstoffe (Quarzmehl und Metakaolin) und Betonzusatzmittel (Thixotropiermittel, Fließmittel und
Schichtsilikate) eingesetzt. In einschlägigen Laboruntersuchungen wurde die Leistungsfähigkeit verschiedener Betonrezepturen anhand wesentlicher
Frischbetoneigenschaften (Fließfähigkeit, Grünstandfestigkeit, Formstabilität) und Festbetoneigenschaften (Luftporenkennwerte, Druckfestigkeit,
Biegezugfestigkeit) bewertet und durch Neukombination positiver Einflussfaktoren optimiert.
Maßgebliches Bewertungskriterium in den Frischbetonuntersuchungen war das Verhältnis des Strukturabbaus des Betons unter Scherwirkung (z. B.
beim Mischen und Einbringen) und des Strukturaufbaus in der anschließenden Ruhephase nach dem
Einbringen in die Gleitschalung. Zusätzlich wurde
die Verformung des Betons nach dem Einbringen in
eine Schalung (Grünstandfestigkeit) bei der Bewertung berücksichtigt.
In den ersten Versuchen konnte bereits eine starke
Abhängigkeit der Fließfähigkeit und der Thixotropie von der Kombination unterschiedlicher Zusatzstoffe und Zusatzmittel nachgewiesen werden. Es
zeigte sich beispielsweise, dass Betone mit Kombinationen von Thixotropiermittel, Schichtsilikat und
Quarzmehl die günstigsten Eigenschaften hinsichtlich der Zielsetzung aufwiesen (Bild 2).
Die Versuchsergebnisse ergaben weiterhin, dass
aufgrund des sensiblen betontechnologischen Verhaltens, kleinste Dosierungsänderungen einen gravierenden Einfluss auf die Thixotropie und Formstabilität ausüben können. Gegenwärtig wird am
Lehrstuhl für Baustofftechnik weiter an einer Optimierung der Betonrezeptur gearbeitet.
Verkehrswegebau
Entwicklung eines neuen Laboralterungsverfahrens für Asphalt
Asphalte unterliegen beim Herstellungsprozess,
beim Transport, beim Einbau und während der Nutzungszeit einem irreversiblen Alterungsprozess.
Dieser Alterungsprozess führt zu einer Veränderung
der physikalischen und chemischen Eigenschaften
des im Asphalt verwendeten Bitumens. Die Viskosität des Bitumens und damit verbunden auch die
Steifigkeit des Asphaltes werden während der Alterung erhöht. Dieses führt zwar zu einer verbesserten
Standfestigkeit des Asphaltes ist aber auch verbunden mit einer verminderten Relaxationsfähigkeit.
Mit ansteigendem Alterungsniveau des Asphaltes
ist eine Abnahme der Klebkraft des Bitumens am
Gestein zu beobachten. Während die beschleunigte
Bitumenalterung im Labor bereits Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten war und als Verfahren
in mehreren verschiedenen Normen festgelegt ist,
gibt es für die beschleunigte Alterung von Asphaltproben nur unzureichende Kenntnisse. Bislang
wurden international einige zum Teil sehr verschiedene Alterungsverfahren entwickelt, sodass die Ergebnisse aufgrund unterschiedlicher Prüfbedingungen (Temperatur, Druck, Expositionsmedium und
Alterungsdauer) kaum vergleichbar sind. Im Rahmen eines im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen und in Kooperation mit der Technischen
Universität Dresden durchgeführten Forschungsprojekts (FE 04.205/2006/ARB) wurde am Lehrstuhl
für Verkehrswegebau ein neues Alterungsverfahren
100
80
EP RuK [οC]
für Asphalt entwickelt (Bochumer Alterungsverfahren). Die zu alternden Asphaltprobekörper werden
als Platten hohlraumreich hergestellt und in einen
Aluminiumbehälter eingebaut. Der Aluminiumbehälter verfügt über einen Lufteinlass an der Oberseite und ein Lochblech auf der Unterseite und wird
für die gewünschte Alterungsdauer in einem Trockenschrank bei 100 °C gelagert. Während der Lagerung wird kontinuierlich eine definierte Menge an
erhitzter Druckluft durch den Asphaltprobekörper
geleitet. Dadurch wird der Asphalt einer oxidativen
und thermischen Alterung ausgesetzt (siehe Abbildung 1).
60
natürlich gealterte Bindemittel
40
Frischbindemittel
Regression der künstlich
Regression der natürlich
(RUB) gealterten Bindemittel gealterten Bindemittel
y = 5,9625ln(x) + 1,4791
R² = 0,9196
20
1.000
y = 7,9734ln(x) - 18,429
R² = 0,8844
10.000
nach MGH
nach AS1 RUB
nach AS2 RUB
100.000
1.000.000
Komplexer Schubmodul G* bei 60 ⁰C [Pa]
Bild 2: Zusammenhang zwischen dem Erweichungspunkt Ring und Kugel und dem komplexen
Schubmodul bei 60 °C von natürlichen und künstlich gealterten Bindemitteln
Stahl- und Verbundbau
Bild 1: Prinzipskizze des Bochumer Alterungsverfahrens
Die Validierung des Bochumer Alterungsverfahrens
an natürlich gealterten Probekörpern hat gezeigt,
dass eine Alterung von 3 bzw. 5 Tagen einer ungefähren Liegezeit in situ von 10 bis 15 Jahren entspricht. In Abbildung 2 ist der Zusammenhang zwischen dem Erweichungspunkt Ring und Kugel und
dem komplexen Schubmodul G* bei 60 °C der untersuchten Bindemittel in Abhängigkeit ihres Zustandes dargestellt. Dabei wurden Frischbindemittel, extrahierte Bindemittel aus dem hergestellten
Asphaltmischgut und in zwei Alterungsstufen
(3 und 5 Tage) gealterte Bindemittel aus dem extrahierten Asphalt mit den extrahierten Bindemitteln
aus den natürlich gealterten Asphalten verglichen.
Die in Abbildung 2 angegebenen Kenngrößen dienen der Beurteilung der physikalisch-rheologischen
Eigenschaften der Bindemittelproben. Der Erweichungspunkt Ring und Kugel gibt die Temperatur
an, bei dem ein Bindemittel unter genormten Prüfbedingungen eine bestimmte Konsistenz erreicht.
Der komplexe Schubmodul wird mit dem dynamischen Scherrheometer bestimmt und gibt den Quotienten aus Höchstspannung und Höchstdehnung
bei einer harmonischen und sinusförmigen Rotationsschwingung an.
Tragmodelle für offene und geschlossene Stahlprofile im Einspannbereich von Stahlbetonkonstruktionen
In dieser Arbeit werden Tragmodelle zur Berechnung der erforderlichen Einspanntiefe von Stahlprofilen in Stahlbetonkonstruktionen mit verschiedenen
Querschnittsformen behandelt. Für I-Querschnitte
werden die vorhandenen Tragmodelle vorgestellt
und erläutert. Anschließend das Tragverhalten mit
Hilfe von Finite Elemente Berechnungen und anhand von vorhandenen Versuchsergebnissen untersucht. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden
zur Weiterentwicklung der bisherigen Verfahren
verwendet. Für rechteckige und kreisförmige Hohlprofile existieren bislang keine praxistauglichen
Modelle. Für diese Querschnitte werden im Rahmen der Arbeit Untersuchungen durchgeführt und
in Anlehnung an das Tragverhalten von I-Profilen
Modelle zur Berechnung der Einspanntiefe hergeleitet. Die neu entwickelten Modelle werden anhand
von Versuchsergebnissen verifiziert und es werden
Bemessungshilfen gegeben, die eine schnelle Ermittlung der erforderlichen Einspanntiefe erlauben
(siehe Bild 1).
Modell zur Berechnung der erforderlichen Einspanntiefe
von Hohlprofilen
NE
c2
My,E
grenz pc
Vz,E
Do
Ru
f
c
ceff
0,416ao
ao
grenz
ra
Fließgelenk
t
ceff
Ro
Du
au
0,416au
c2
c
NE
grenz pc = beff
beff
c
H
grenz pc
c
grenz
c
: zulässige Betonpressungen
: effektive Breite
Rechteckhohlprofil
beff = 2 ceff
S,M
tionsgestützte quantitative Risikoanalysen abgebildet.
Der Lehrstuhl für Tunnelbau, Leitungsbau und
Baubetrieb erarbeitet in diesem Projekt schwerpunktmäßig geeignete Modelle für die Ermittlung
der Lebenszykluskosten der verschiedenen Ausstattungssettings. Daneben werden die zur Evaluierung
notwendigen Brandversuche und Risikoanalysen
fachlich begleitet und ein Entscheidungsmodell zur
letztendlichen Auswahl einer bauwerksspezifischen
Betriebstechnik entwickelt. Die Laufzeit des Projekts beträgt zwei Jahre.
Kreishohlprofil
beff = D
D
Bild 1: Modellannahmen zur Berechnung der erforderlichen Einspanntiefe f mit rechteckigem oder
kreisförmigem Hohlprofilquerschnitt
Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb
SOLIT²- Safety of Life in Tunnels
Die Tunnel-Brandereignisse der Vergangenheit zeigen, dass Unglücke dieser Art einerseits zu Toten
und Verletzten führen können, andererseits aber in
nahezu allen Fällen beträchtliche Schäden am Bauwerk zu beklagen sind. Neben den direkten Reparaturkosten verursacht die notwendige Sperrung des
jeweiligen Tunnels dabei weitere hohe indirekte
volkswirtschaftliche Kosten.
Das mit Beginn dieses Jahres gestartete SOLIT2Projekt knüpft an das erfolgreiche Vorgängerprojekt SOLIT an. Auf Basis der dort gewonnenen Daten soll der Kenntnisstand über das Zusammenspiel
zwischen klassischer Tunnelbetriebstechnik, wie
beispielsweise der Ventilation, und Neuentwicklungen, wie Wassernebel-Brandbekämpfungsanlagen,
spürbar erhöht werden. Im Rahmen des Projektes
sind so innovative Planungsansätze für Sicherheitseinrichtungen in Tunneln abzuleiten. Hauptziele des
Projektes sind:
‐ die effektive Integration von bspw. Wassernebel-Brandbekämpfungsanlagen in die bestehenden
Betriebskonzepte
‐ die Abschätzung möglicher Kompensationen der
herkömmlichen Betriebstechnik durch bspw.
Wassernebel-Brandbekämpfungsanlagen.
Praktisch bedeutet dies, dass durch Investitionen in
zusätzliche Betriebstechnik, bei verbesserten Sicherheitsniveaus, auch Einsparungen bei der herkömmlichen Betriebstechnik möglich sind. In der
Gesamtbilanz über den Lebenszyklus können somit
Kosten gespart werden. Dieses Kompensationspotential wird im Rahmen des Projektes durch simula-
Statik und Dynamik
Internationale Konferenz: Computational Modelling of Concrete Structures (EURO-C 2010)
Vom 15. bis zum 18. März 2010 fand zum 6. Mal
die internationale Konferenz EURO-C 2010 (Computational Modelling of Concrete Structures) zum
Thema computergestützte Modellierung und Berechnungsmethoden von Betonstrukturen statt. Die
Serie der EURO-C-Konferenzen wird seit 1990
gemeinsam von Prof. Nenad Bićanić (University of
Glasgow), Prof. René de Borst (TU Eindhoven),
Prof. Herbert Mang (TU Wien) und Prof. Günther
Meschke (RUB) organisiert und fand dieses Jahr in
Schladming (Dachstein Region, Österreich) statt.
Mit ca. 110 Teilnehmern aus 24 Nationen sowie ca.
90 Vorträgen bot die Konferenz ein internationales
Forum zum Austausch und zur Diskussion des ak-
tuellen Standes der Forschung im Bereich neuartiger Modellierungs- und Simulationsmethoden für
zementgebundene Werkstoffe (Beton, Stahl- und
Faserbeton) bzw. Beton-, Stahl-, Spann- und Faserbetontragwerke.
Das relativ breite Themenspektrum reichte von
neuen numerischen Modellen zur Beschreibung des
Werkstoffverhaltens auf mehreren Skalen unter unterschiedlichen
mechanischen
und
nichtmechanischen Beanspruchungen bis zur Nutzung
neuartiger numerischer Methoden zur Optimierung
des Tragverhaltens von Faser-, Stahl- und Spannbetontragwerken. Es wurde deutlich, dass die Erfassung der komplexen Mikrostruktur zementgebundener Werkstoffe und der Interaktionen unterschiedlicher mechanischer, physikalischer und
chemischer Prozesse Basis von Mehrskalen- und
Mehrphasen-Modellen zunehmend im Blickpunkt
der Modellbildung steht. Repräsentativ für diesen
Trend steht der Titel des Keynote-Vortrags von
Prof. F.-J. Ulm (Massachusetts Institute of Technology, USA) ,,Concrete: From atoms to concrete
structures‘‘, in dem die Möglichkeiten einer durchgehenden mehrskaligen Modellierungsstrategie zur
Entwicklung neuer zementgebundener Hochleistungswerkstoffe aufgezeigt wurde.
Neben den 84 Präsentationen der Teilnehmer in
insgesamt 17 Sessions wurden Keynote Lectures
von Prof. Zdeněk Bažant (Nortwestern University,
USA), Prof. Sarah Billington (Standford University,
USA), Prof. Jacky Mazars (Institut Polytechnique
de Grenoble, Frankreich), Prof. Xavier Oliver
(Technical University of Catalonia, Spanien), Prof.
Bernhard Pichler (TU Wien) und Prof. Franz-Josef
Ulm (Massachusetts Institute of Technology, USA)
zu aktuellen Fortschritten und Herausforderungen
für Forschung und Entwicklung im Bereich computergestützter Modelle und Methoden für zementgebundene Werkstoffe bzw. zur Analyse von Betonbzw. Stahl- und Spannbetonstrukturen gehalten.
Die Beiträge zur Konferenz sind in dem Tagungsband "Computational Modelling of Concrete Structures" erschienen. Dieser ist am Lehrstuhl für Statik
und Dynamik erhältlich.
Bild 1: Prof. Bažant
(Northwestern University,
USA) eröffnete die Konferenz mit einem Beitrag
zur Modellierung von Betonkriechen und hygrothermischen Deformationen.
Bild 2: Prof. Ulm
(Massachusetts Institute
of Technology, USA)
beendete die viertägige
Vortragsreihe mit einem
visionären Ausblick auf
die Möglichkeiten innovativer
Simulationsmethoden
zur
Entwicklung neuer, leistungsfähigerer zementgebundener Werkstoffe.
Bild 3: Prof. Derome (ETH Zürich), Prof. Meschke
(RUB) und Prof. Carmeliet (ETH Zürich) im entspannten Gespräch während des Welcome-Cocktails
Bild 4:
Prof. Mang (TU
Wien)
während
der
Ansprache
beim KonferenzBankett
Windingenieurwesen und Strömungsmechanik
Erfassung diffuser Emissionen klimaschädlicher
Gase aus Infrastrukturanlagen mittels Fourier Transform - Infrared (FTIR) - Fernmessverfahren
Eine maximale Reduktion der Emissionen von
Treibhausgasen (z.B. CO2, CH4, N2O, NH3) ist
das wesentliche Ziel der Umweltpolitik in Europa
und weltweit. Dazu müssen jedoch zunächst alle relevanten Quellen erfasst und quantifiziert werden.
Eine Möglichkeit zur Quantifizierung bieten die so-
genannten Fernmessverfahren, mit denen über weite
Strecken integral, aber auch lokal aufgelöste Stoffkonzentrationen direkt in der Atmosphäre ermittelt
werden können. Besondere klimarelevante Quellen
finden sich im Bereich der Landwirtschaft (z.B.
Düngung, Tierhaltung), dem Autoverkehr (z.B. Abgase), Wasseraufbereitung (z.B. Kläranlagen) und
diversen Industrien (z.B. chemische Industrie). Besonders häufig eingesetzte Fernmessverfahren sind
die vom Landesamt für Natur, Umwelt und
Verbraucherschutz (LANUV) betriebenen openpath-FTIR-Fernmessverfahren. Damit können alle
infrarot-aktiven Gase simultan qualifiziert (Stoffidentifizierung) und quantifiziert (Konzentrationsmessungen) werden. Zusätzlich werden Winddaten
wie Windrichtung und Windgeschwindigkeit mit
entsprechenden Systemen in der Nähe der Quellen
erfasst. Mit den Informationen über die Stoffkonzentration, Windgeschwindigkeit und Windrichtung
werden mittels eines Massenbilanzansatzes die
Stoffströme der Emissionen berechnet.
An der Forschungsgruppe Windingenieurwesen und
Strömungsmechanik (WIST) untersuchte Frau cand.
ing. Karina Krause in Zusammenarbeit mit Dr. rer.
nat. Rainer Hirschberger vom Ingenieurbüro Niemann & Partner und dem LANUV die Einsetzbarkeit von FTIR-Messungen zur Stoffstrombestimmung von potenziell klimaschädlichen Gasen, die
in öffentlichen Infrastruktureinrichtungen freigesetzt werden. Als Beispiel wurde die Methanfreisetzung über den verschiedenen Reinigungsstufen einer kommunalen Kläranlage mit einer Kapazität
von 200 Einwohnergleichwerten behandelt.
Bild 1: Beispiel Vorklärbecken (untersucht wird die
Emissionsfahne über dem Becken unter der Einwirkung von Wind)
Abbildung 2a: Verwendeter („bistatischer“) Messaufbau bestehend aus der Strahlungsquelle („Globar
– glowing bar“ im Hintergrund rot, s. auch Abbildung 2b) und dem Empfänger (im Vordergrund, bestehend aus Teleskop, Interferometer und Detektor)
Bild 2b: Infrarot-Strahlungsquelle („Globar“) im
inaktiven Zustand
Die Infrarotspektroskopie ist ein physikalisches
Analyseverfahren, das auf der Wechselwirkung
elektromagnetischer Strahlung aus dem infraroten
Bereich mit Molekülen beruht. Die Bezeichnung Infrarot bezieht sich auf einen bestimmten Wellenlängenbereich der eingesetzten Strahlung. Infrarote
Strahlung liegt zwischen dem für das menschliche
Auge sichtbaren Bereich und dem unsichtbaren Radiowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums (s. Abbildung 3).
Bild 3: Elektromagnetisches Spektrum (Quelle:
http://www.wissenschaftschulen.de/sixcms/media.php/767/Elmag Spektrum.jpg)
Das hier angewendete Verfahren gehört zu den Methoden der Molekülspektroskopie, die auf der Anregung von Energiezuständen in Molekülen beruhen. Das heißt, es besteht eine Wechselwirkung
zwischen elektromagnetischer Strahlung im IRWellenbereich und den Molekülen. Dabei nehmen
die Moleküle Schwingungs- und Rotationsenergie
auf. Ein Infrarot-Absorptionsspektrum wird erhalten, wenn Strahlung bei einer bestimmten Wellenlänge absorbiert wird. Verschiedene Moleküle absorbieren elektromagnetische Strahlung bei unterschiedlichen Wellenlängen. Abbildung 4 zeigt das
Infrarotspektrum eines Gasgemisches.
per million) von Methan und bei über die Messdauer veränderlichen Windfelder zu identifizieren.
Im Ergebnis zeigt sich, dass das FTIR ein Analyseverfahren darstellt, mit dem die gesuchten atmosphärischen Spurengase identifiziert und quantifiziert werden können. Mittels einer nachgeschalteten
Auswertung werden mit diesem Messverfahren die
Gesamtemissionen aus diffusen Quellen ermittelt.
Die konkreten Messergebnisse und –auswertungen
werden in Abstimmung mit dem LANUV nach Abschluss des Projektes im Verlaufe des Jahres publiziert.
Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik
Bild 4: Beispiel eines Infrarotspektrums: Absorption über der Wellenzahl (Quelle: http://www.ftir.de/Bericht_FTIR_Theorie.pdf)
In der Auswertung wird die Emission als Massenstrom aus einer Konzentrationsverteilung über eine
die Emissionsfahne (rot in Abbildung 5) schneidende Fläche sowie unter Hinzuziehung des Windgeschwindigkeitsprofils U(z) als zeitlicher Mittelwert
über die Einzelmessdauer bestimmt (Bild 5).
U
Z
Messfläche
BMBF- Projekt: „Nachhaltiges Wasserressourcenmanagement in der Küstenregion der
Provinz Shandong“, V.R. China
In den nördlichen Provinzen Chinas bedingen die
Wasserknappheit und -verschmutzung massive
Probleme für die sozioökonomische Entwicklung,
die Lebensqualität der Bevölkerung und den landschaftsökologischen Zustand. In der Küstenregion
der Provinz Shandong, die sich im Nordosten Chinas am Unterlauf des Gelben Flusses befindet, hat
sich in den letzten Jahrzehnten infolge der Übernutzung des Grundwassers und der resultierenden Umkehrung des Fließgradienten der Einstrom von
Salzwasser (Salzwasserintrusion) in das Grundwasser wesentlich verstärkt. Die erneuerbaren Wasserressourcen der Provinz umfassen nur etwa 340
m³/Person und Jahr. Dies entspricht einem absoluten Wasserstress. Zum Vergleich von „relativ genügend Wasser“ spricht man ab einer Verfügbarkeit
von 1700 m³/Person und Jahr. Damit besteht bereits
eine enorme Wasserknappheit. Vor allem im Flussgebiet des Huangshuihe River (Einzugsgebiet:
1.475 km²), im Nordosten der Provinz Shandong,
ist die Situation sehr kritisch. Einem erneuerbaren
Dargebot von 120 Mio. m³/a steht ein Wasserbedarf
von 162 Mio. m³/a gegenüber. Der erforderlichen
Y
X
Bild 5: Massenstrombestimmung
Eine besondere Schwierigkeit bestand darin, die gesuchten Emissionen bei einer bereits vorliegenden
Hintergrundkonzentration von etwa 2 ppm (parts
Bild 1: Wasserbedarf und Wasserverfügbarkeit im
Flussgebiet des Huangshuihe.
Mehrfachnutzung des Wassers steht die mit großen
Wasserverlusten verbundene landwirtschaftliche
Bewässerung entgegen. Die Unterschiede in der
saisonalen Verteilung von Bedarf und Dargebot
(Abbildung 1) verschärfen die Wasserprobleme
ebenso wie der schlechte bauliche Zustand der vorhandenen Talsperre.
Infolge der zunehmenden Wasserkonflikte und der
resultierenden sozioökonomischen Probleme wurden seitens der zuständigen chinesischen Behörden
Maßnahmen veranlasst, die keine grundlegende
Verbesserung der Situation mit sich brachten. Hierzu zählte der Versuch einer vertikalen Abdichtung
des Grundwasserleiters mit Betoninjektionen in einem beschränkten Bereich entlang der Küstenlinie.
Bewirtschaftungsmaßnahmen waren infolge fehlender Koordinierung und unzureichender Effizienzaussagen sowie fehlender Kosten-Nutzen-Betrachtungen nicht hinreichend. Der Lehrstuhl für Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik ist im
Rahmen eines BMBF-Verbundprojektes an der
Entwicklung geeigneter nachhaltiger Bewirtschaftungsstrategien beteiligt.
Das vorrangige Ziel besteht im Ausgleich der Wasserbilanz. Hierzu wurden zunächst die wichtigsten
Wasserflüsse im Untersuchungsgebiet ermittelt,
wobei zwischen natürlichen hydrologischen Wasserflüssen und anthropogenen Eingriffen und den
damit verbundenen Veränderungen differenziert
wurde (Abbildung 2). Jährlich wächst danach das
Grundwasserdefizit um 13 Mio. m3.
chenwasser). Die Bewässerungslandwirtschaft nutzt
„Blue Water“, um die Bodenfeuchte zu erhöhen.
Diese Bilanzierung setzt die parallele Abschätzung
der Wassernutzungen (kursive Zahlenangaben) und
der hydrologischen Prozesse (z.B. der Interaktion
zwischen Grund- und Oberflächenwasser) voraus.
Nur auf der Grundlage der gemeinsamen Betrachtung ist es möglich, Wassernutzungen in ihrer hydrologischen und letztlich sozioökonomischen Bedeutung zu beurteilen. Mit Hilfe dieser Bilanz und
den Reaktionen auf Änderungen können unterschiedlich funktionierende Maßnahmen miteinander
verglichen werden. Dieses zunächst nur lineare
Modell, in das einzelne Maßnahmen zur Veränderung der Flüsse (z.B. Veränderung der Flächennutzung, Anbaustrukturen oder Bewässerungstechniken) eingebracht werden, stellt die Grundlage eines
ersten, auf linearer Programmierung beruhenden
Entscheidungsunterstützungssystems (EUS) dar. In
Stufe 1 des EUS werden alle verfügbaren Maßnahmen, insbesondere aus den Bereichen Wassereinsparung, Grundwasseranreicherung, Wasserrecycling, bauliche und administrative Maßnahmen, in
ihren Effekten auf die Wasserbilanz quantifiziert.
Durch lineare Abhängigkeiten können Kombinationen der Einzelmaßnahmen gebildet und bewertet
werden. Im Rahmen der Linearen Programmierung
wird dann der Entscheidungsraum mit zunächst variablen Restriktionen aufgespannt. In der zweiten
Planungsstufe werden dann ausgewählte Maßnahmekombinationen im Detail untersucht und anhand
von technischen, ökonomischen und sozialen Kriterien bewertet. In Zusammenarbeit mit den regionalen Entscheidungsträgern kann auf dieser Grundlage eine Strategie ausgewählt werden. Mit diesem
zweistufigen Ansatz wird das Ziel verfolgt, einerseits keine denkbare Alternative außer Acht zu lassen und andererseits den Planungsprozess optimal
zu gestalten. Mit diesem zweistufigen Ansatz sind
bereits wichtige Fortschritte bei der methodischen
Entwicklung im Bereich der Integrierten Wasserbewirtschaftung erzielt worden.
Informatik im Bauwesen
Bild2: Derzeitige mittlere jährliche Bilanz der natürlichen und anthropogen bedingten Wasserflüsse
in dem Huangshui-Flussgebiet (Angaben der Wasserflüsse in Mio. m³)
Die hydrologischen Flüsse sind mit durchgezogenen, die anthropogen bedingten Flüsse dagegen
durch gestrichelte Pfeile dargestellt. Dargestellt sind
auch die Bereiche des „Green Water“ (Bodenfeuchte) und des „Blue Water“ (Grund- und Oberflä-
BMBF-Verbundprojekt Mefisto
Seit Oktober 2009 ist der Lehrstuhl „Informatik im
Bauwesen“ an dem BMBF-Verbundprojekt Mefisto
(Management - Führung - Information - Simulation
im Bauwesen) im Rahmen der Hightech-Strategie
„IKT 2020 – Forschung für Innovationen“ der Bundesregierung mit zwei wissenschaftlichen Mitarbeiterstellen beteiligt. Die von 12 leistungsstarken
Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft getragene
Innovationsallianz Mefisto (Fördervolumen: 9,4
Mio. Euro) entwickelt ein Managementführungssystem für den Baubereich, das anhand
operativer Daten und Daten aus diversen Planungssystemen aussagekräftige Simulationen von Entscheidungsalternativen auf unterschiedlichen Führungsebenen ermöglicht. Das Spektrum reicht von
der Programm-, Kosten-, Termin- und Finanzplanung über den Vergabe- und Auftragsprozess bis
hin zur Leistungserfassung, Vertragsmodifikation
und Leistungsabrechnung. Die Interoperabilität der
Modelle und die Visualisierung werden dabei als
Schlüsseldisziplinen angesehen, um komplexe Zusammenhänge und zurückliegende Entscheidungsgrundlagen verständlich, transparent und nachvollziehbar zu machen. Durch innovative und intelligente Visualisierungstechniken wird eine Verständnisebene zwischen den Projektpartnern aufgebaut,
die vertrauensbildend wirkt und Missverständnisse
vermeiden hilft. Auf dieser Grundlage soll die gesamte Wertschöpfungskette der Bauprozesse substantiell verbessert werden, was neben ökonomischen auch ökologische und gesellschaftliche Vorteile hat. Der Lehrstuhl für „Informatik im Bauwesen“ der Ruhr-Universität Bochum entwickelt in
diesem Zusammenhang neuartige Konzepte zur
wissensbasierten Spezifikation von produktionstechnischen und logistischen Simulationsmodellen
unter Berücksichtigung variabler, teilweiser unscharfer Ausführungsrestriktionen.
Siedlungswasserwirtschaft
Demonstrationsbetrieb zur Wasserwiederverwendung in Marokko
Im Rahmen des in den vergangenen Jahren am
Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik bearbeiteten BMBF-Projektes „Einsatzbedingungen und Verfahrensketten zur Wiederverwendung von kommunalem Abwasser“ konnte in
den Monaten Juli bis Oktober 2009 ein abschließender Demonstrationsbetrieb im Partnerland Marokko erfolgreich realisiert werden. Frau Grote und
Herr Schmidtlein, zwei wissenschaftliche Mitarbeiter des Lehrstuhls, betrieben in diesem Zeitraum eine auf dem Gelände Bourergreg der staatlichen marokkanischen Wasserbehörde Office National de
l’Eau Potable (ONEP) in Rabat vorhandene biologische Abwasserreinigungsanlage, die vorab um
nachfolgende Reinigungsstufen (Filtration, UVDesinfektion) erweitert wurde. Der Betrieb der Pilotanlage wurde durch ein umfangreiches Messprogramm begleitet, wobei der Schwerpunkt der Untersuchungen auf der Analyse der Leistungsfähigkeit der demonstrierten Verfahrensketten aus hygienischer bzw. mikrobieller Sicht lag. Eine Erweiterung der vorhandenen Laborkapazität ermöglichte
die Bestimmung entsprechender Indikatororganismen direkt vor Ort, wodurch eine hohe Analysequalität gewährleistet werden konnte. Die Pilotanlage –
in den Jahren 2000-2001 in marokkanischkanadischer Kooperation errichtet – wird von
ONEP derzeit als Anlage zu Forschungs-, Trainings- und Weiterbildungszwecken genutzt und bot
daher eine ideale Plattform, um die im Rahmen des
Forschungsprojektes vorab in Deutschland erzielten
Ergebnisse zu demonstrieren.
Obwohl in Marokko im Vergleich zu den in
Deutschland betriebenen Anlagen in einigen Bereichen veränderte Randbedingungen vorherrschten –
beispielsweise war die Abwassertemperatur deutliche erhöht und die organischer Schmutzfracht im
zufließenden kommunalen Abwasser war deutlich
geringer konzentriert – konnte sowohl eine vergleichbare Belastung an Indikatororganismen nachgewiesen, als auch die entsprechende Leistungsfähigkeit der einzelnen Verfahrensschritte bestätigt
werden.
Mit Hilfe des Belebtschlammverfahrens ließ sich
der Gehalt an E. coli und intestinalen Enterokokken
um ca. 2,0-2,5 Log-Stufen reduzieren. Die erzielte
Ablaufqualität entsprach jedoch keinen gehobenen
Anforderungen für eine Wasserwiederverwendung,
sodass eine nachfolgende Desinfektion für die meisten Anwendungsfälle erforderlich war. Eine nachfolgende Schnellsandfiltration führte zu keinem wesentlichen Rückhalt an Indikatororganismen, jedoch
zu einer deutlichen Reduktion an Feststoffen, was
insbesondere bei hohem Algenwachstum durch die
starke Sonneneinstrahlung vorteilhaft ist. Eine Verbesserung der Transmissionswerte, die für die Auslegungen einer nachfolgenden UV-Desinfektionsstufe maßgeblich sind, ließ sich bei geringem
Algenvorkommen durch die eingefügte Sandfiltrationsstufe jedoch nur bedingt erzielen. Mindestbestrahlungsdosen für eine ausreichende UV-Desinfektion wurden sowohl im kontinuierlichen Betrieb als auch in Laborversuchen ermittelt. In Ergänzung zu dem Demonstrationsbetrieb in Rabat
wurde der Ablauf einer für Marokko repräsentativen Teichanlage in Ain Taoujdat auf die Eignung
für eine nachfolgende UV-Desinfektion analysiert.
Bei einer generell relativ geringen Reinigungsleis-
tung der Teichanlage zeichnete sich die Wasserqualität des Ablaufs insbesondere durch hohe Algenkonzentrationen sowie sehr kleine Transmissionswerte aus, wodurch der direkte Anschluss einer
UV-Desinfektion nicht möglich ist. Eine ausführliche Darstellung der Projektergebnisse findet sich in
dem in Kürze erscheinenden „Leitfaden zur Abwassertechnologie in anderen Ländern“ sowie im Abschlussbericht zu diesem BMBF-Vorhaben
(02WA0583).
rung oder die Funktionsweise der DMS erläutert.
Gleichzeitig erfolgten eine Traglastabschätzung
sowie eine Vorhersage der wahrscheinlichen
Versagensarten durch die Studierenden. Im Rahmen
einer Bewehrungsabnahme galt es für die Teilnehmer anschließend, die ihnen zugeteilten Bewehrungspläne den richtigen Bewehrungskörben vor
Ort zuzuordnen und diese hinsichtlich korrekter Lage, ausreichender Verankerungslängen, Betondeckung und Mindestabstände zu prüfen. Gleichzeitig
bot sich die Möglichkeit, die auf ausgewählten Bewehrungsstäben applizierten DMS im Vorfeld der
Betonage zu begutachten.
Bild 1: Demonstrationsanlage Rabat, Marokko
Massivbau
Lehrversuche an Stahlbetonbalken
In Zusammenarbeit mit der Gemeinschaftseinrichtung Konstruktionsteilprüfung wurden im Frühjahr
2010 vom Lehrstuhl für Massivbau Lehrversuche
an zwölf Stahlbetonbalken durchgeführt. Die aus
Studienbeiträgen mitfinanzierten Versuche dienten
der praktischen Umsetzung und Veranschaulichung
der Lehrinhalte der Veranstaltungen „Grundlagen
des Stahlbeton- und Spannbetonbaus I & II“ des
Bachelor-Studiengangs. Die Versuchsreihe bestand
aus vier Stahlbetonbalken zum Biegetragverhalten
sowie acht Stahlbetonbalken zum Schubtragverhalten. Bei konstanten Außenabmessungen (L/B/H =
160 cm x 15 cm x 20 cm) wurden Längs- und
Schubbewehrungsgrad variiert, um die unterschiedlichen Versagensmechanismen zu veranschaulichen. Zur Bestimmung und Verifizierung der
Versagensart wurden die Versuche mit Dehnungsmessstreifen (DMS) versehen. Auf Seiten der Biegetragfähigkeit konnten so sprödes und duktiles
Biegezugversagen sowie das spröde Versagen der
Betondruckzone veranschaulicht werden. Auf Seiten der Querkrafttragfähigkeit wurden Versuche
sowohl zum Zug- als auch zum Druckstrebenversagen durchgeführt.
Bereits im Vorfeld der Versuchsdurchführung wurden die Versuche gruppenweise vorgestellt und Details wie z.B. die weggeregelte Versuchsdurchfüh-
Bild 1:Bewehrungsabnahme durch die Studierenden.
Die Versuchsdurchführung erfolgte als klassischer
Drei-Punkt-Biegeversuch. In Kleingruppen von
maximal 15 Studierenden wurden jeweils zwei Versuche durchgeführt. Nach einer kurzen Einweisung
erfuhren die Studierenden, dass nicht nur passives
Zusehen, sondern aktive Mitarbeit bei der Versuchsdurchführung gefordert wurde. So galt es für
die Teilnehmer, das Auftreten der Risse in Form
von Rissbildern, Rissbreiten und zugehörigen Laststufen zu dokumentieren. Gleichzeitig konnten die
Studierenden während der Versuchsdurchführung
über Monitore die Entwicklung der Bewehrungsdehnungen verfolgen. Die vertikale Verformung der
Stahlbetonbalken wurde über einen Wegaufnehmer
in Feldmitte aufgenommen, sodass ebenfalls die
Entwicklung des Last-Verformungsverlaufes parallel zum Versuch auf den Monitoren graphisch mitverfolgt werden konnte. Gemeinsam erfolgte abschließend die Charakterisierung des vorliegenden
Versagenszustands.
Für viele Studierende war überraschend, wie deutlich Risse mit relativ geringen Rissbreiten von 0,1
mm erkennbar sind. Gerade hier konnte bezüglich
der zuvor theoretischen Grenzwerte bei der Rissbreitennachweisführung ein bleibender praktischer
verband, Essen. Dort leitet er die Abteilung „Talsperrenüberwachung und Geotechnik“. Im Jahr
2006 erhielt er den Lehrauftrag „Talsperren“ am
Lehrstuhl für Hydrologie, Wasserwirtschaft und
Umwelttechnik der RUB.
Die Flexibilität des konstruktiven Ingenieurs
Bild 2: Rissbreitenmessung und Protokollierung der
Rissentwicklung
Eindruck gewonnen werden. Auch die bei den duktilen Versagensarten auftretenden großen Verformungen der Balken wurden von den Teilnehmern
mit großem Interesse wahrgenommen. Nicht zuletzt
die spröden Versagensarten – wie das Versagen der
Betondruckzone oder das Druckstrebenversagen –
zeigten eindrucksvoll durch das Absprengen und
Heraustrennen ganzer Betonschollen, warum in der
Stahlbetonbemessung dem duktilen Bauteilverhalten eine so hohe Bedeutung zukommt.
Die während der Versuchsdurchführung aufgenommenen Messdaten werden nun im Rahmen von
Bachelorarbeiten aufbereitet und ausgewertet. Abschließend werden die aktuellen Versuchsergebnisse in Form von Last-Verformungskurven, Rissbildern sowie kurzen Erläuterungen zum Tragverhalten im Rahmen einer vergleichenden Gegenüberstellung den Studierenden im Downloadportal der
Lehrstuhl-Homepage zur Verfügung gestellt.
Was machen eigentlich unsere
Absolventen?
Der Verfasser dieses Artikels, Dr.-Ing. Volker Bettzieche (geb. 1958), studierte
bis 1986 an der Ruhr-Universität konstruktiven Ingenieurbau. Nach einer zweijährigen Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter
an der Universität Dortmund
kehrte er wieder nach Bochum zurück, um 1991 an
der Fakultät für Bauingenieurwesen zu promovieren.
Es folgten zwei Jahre Sachverständigentätigkeit bei
der DMT, Essen und 1993 der Wechsel zum Ruhr-
Während meines Studium war mir nicht klar, dass
die solide Ausbildung zum konstruktiven Ingenieur,
die ich an der Ruhr-Universität erhalten habe, so
viele Möglichkeiten im weiteren Berufsweg eröffnen würde. Die Wahl der Vertiefungsrichtungen
„Berechnungsmethoden der Statik der Tragwerke“
(Prof. Wunderlich), Stahlbau (Prof. Roik) und
„Grundbautechnik und Erdstatik“ (Prof. Jessberger)
erfolgte wohl eher zufällig und war doch wesentliche Grundlage für meinen weiteren Berufsweg.
Meine Promotion im Themengebiet „Grundwassermodelle“ (Prof. Schmid, Prof. Hartmann) erfolgte auf der Grundlage dieser Vertiefungsrichtungen.
Nach Jahren der Theorieausbildung und Forschung
an der Universität zog es mich in die „harte“ Praxis.
Als wissenschaftlicher Mitarbeiter beim Institut für
Förderung und Transport der Deutschen Montan
Technologie GmbH (DMT) war ich mit der technischen Überprüfung von Förderanlagen im Bergbau
beschäftigt. Mit den Kenntnissen eines Stahlbauers
ging es darum, Sicherheits- und Betriebsfestigkeitsanalysen an Fördergerüsten und -seilen sowohl
über- als auch untertage durchzuführen. Leider
schienen die Zukunftsperspektiven im Bergbau
nicht für ein Arbeitsleben zu halten, so dass ich
1993 einem Angebot des Ruhrverbands in die Entwicklungsabteilung Talsperrenwesen folgte.
Talsperrensicherheit, eine umfassende Thematik
Der Ruhrverband ist einer der elf großen Wasserwirtschaftsverbände in Nordrhein-Westfalen. Mit
14 großen Talsperren und Stauseen (darunter der
Kemnader See) und mehr als 70 Kläranlagen sorgt
er dafür, dass die Ruhr den vielfältigen Anforderungen als Wasserlieferant für mehr als 5 Millionen
Menschen gerecht wird.
Bild 1: Bruch der Möhnestaumauer nach Bombardierung im Mai 1943 (Fotoarchiv Ruhrverband)
Zu meinem Tätigkeitsfeld gehörte von Anfang an
die Sicherheit der Talsperren. Die Lerninhalte meiner o.g. Vertiefungsrichtungen, die Befassung mit
den Sickerströmungen des Grundwassers im Rahmen der Promotion und mit der Sicherheit bei Förderanlagen im Bergbau - all diese Themen fanden
sich bei den Talsperren wieder. Selbst Seile waren
an den Betriebseinrichtungen zu betrachten. Exemplarisch möchte ich zwei meiner Tätigkeitsbereiche
vorstellen:
• die geodätische Überwachung und
• die Standsicherheitsuntersuchungen
von Staumauern.
Geodätische Überwachung von Staumauern
Staumauern bewegen sich. Selbst die massive, 40 m
hohe Staumauer der Möhnetalsperre bewegt sich
durch den wechselnden Wasserstand in der Talsperre und die im Jahresverlauf wechselnden Temperaturen um bis zu ± 10 mm. Größere Bewegungen allerdings würden auf Probleme oder Schädigungen
im Baukörper oder Untergrund hinweisen. Um solche Abweichungen vom Regelzustand frühzeitig
feststellen zu können, werden Staumauern und
Staudämme überwacht. Vielfältige Messeinrichtungen kontrollieren Sickerwassermengen, Temperaturen und Bewegungen. Eine der wichtigsten Einrichtungen ist das geodätische Messnetz. Von vier Pfeilern, die etwa 200 m unterhalb der Möhnestaumauer
eingerichtet wurden, werden die Bewegungen an 24
signifikanten Punkten entlang der 650 m langen
Maueroberfläche kontrolliert. Die Genauigkeit des
Messnetzes mit Seitenlängen von mehreren hundert
Metern liegt dabei bei ± 3 mm. Zum Einsatz kommen z.B. lasergestützte Hochleistungstachymeter,
von denen die Messergebnisse direkt in die Datenverarbeitung übernommen werden können.
Bild 2: Geodätische Überwachung der Möhnestaumauer
Standsicherheitsuntersuchungen von Staumauern
Die Messdaten der Talsperrenüberwachung bilden
eine wichtige Grundlage für die Beurteilung der
Standsicherheit der oft mehr als 100 Jahre alten
Staumauern. Mit Finite-Element-Modellen (FEM)
kann das Verhalten einer Staumauer nachvollzogen
werden. Hierbei sind Temperaturen (Temperaturmodell), Durchsickerungen (Strömungsmodell) und
das Bauwerksverhalten (Festigkeits- bzw. Rissmodell) in gekoppelten Modellen zu analysieren.
Schädigungen, z.B. Risse im Felsuntergrund einer
Staumauer, führen zu veränderten Sickerströmungen oder sogar Festigkeitsverlusten und in deren
Folge zu Bewegungen der Staumauer, die frühzeitig
erkannt werden müssen.
Letzte Eilmeldungen :
Neuer SFB für unsere Fakultät !
Bild 3: Rissberechnung am Fuß einer Staumauer
mit Hilfe der FEM
Am 18. Mai 2010 wurde der von unserer Fakultät
beantragte Sonderforschungsbereich „Interaktionsmodelle für den maschinellen Tunnelbau“ mit der
Nummer SFB 837 durch den Senat der DFG bewilligt. Dabei handelt es sich um ein Verbundforschungsprojekt, das insgesamt 15 Forschungsprojekte umfasst und für 12 Jahre ausgelegt ist. Die
vorliegende Förderung über die ersten 4 Jahre umfasst ca. 8 Mio €. Initiator und Sprecher dieses
SFB´s ist Prof. Dr. Günther Meschke. Mit diesem
SFB 837 ist es unserer Fakultät als bislang einziger
Bauingenieurfakultät in Deutschland gelungen, den
3. SFB in praktisch unmittelbarer Folge einzurichten.
Abteilungsleitung
Wenn auch die technischen Fragestellungen das
Herz eines Ingenieurs höher schlagen lassen, so ist
doch der Arbeitsalltag in der Praxis von vielen weiteren Dingen geprägt. Die Leitung einer Abteilung
in einem modernen Dienstleistungsunternehmen erfordert die Beschäftigung mit Personalführung und
-management, Kosten-/Nutzenbetrachtungen und
Projektcontrolling.
Diese Themenfelder beanspruchen eine Führungskraft oft so weit, dass für Ingenieurfragestellungen
kaum noch Zeit bleibt. Leider wurden die Ingenieure meiner Generation hierfür nicht vorbereitet.
Bleibt die Einarbeitung „on the job“, was für einen
Ingenieur, der sich ja auch fachlich weiterbilden
muss, vom Grunde her nichts Ungewöhnliches ist.
Akademische Jahresfeier 2010 –
Veränderter Termin !!
Die diesjährige Akademische Jahresfeier findet in
diesem Jahr – entgegen dem traditionellen letzten
November-Freitag – bereits statt am
Freitag, 22. Oktober ab 16.30 Uhr
Saal 2b, Veranstaltungszentrum RUB
Auf dieser Veranstaltung werden wie immer die erfolgreichen Absolventen und Absolventinnen des
Akademischen Jahres 2010 verabschiedet. Neben
den Diplomierten werden in diesem Jahr die ersten
Bachelor und Master verabschiedet. Weiterhin werden zahlreiche Ehrungen vorgenommen werden.
Hierzu ergeht noch eine separate Einladung.
Der SFB 837 nimmt seine Forschungen vor dem
Hintergrund des zunehmenden Transportaufkommens auf den Straßen auf, das nicht zuletzt zu gestiegenen Anforderungen an unterirdische Tunnelbauten geführt hat. Im Hinblick auf eine sichere,
wirtschaftliche und umweltverträgliche Planung
und Erschließung solcher Tunnelbauten werden
Prognosemodelle, Methoden und Konzepte erforscht. Mit der Verknüpfung der zu erforschenden
Teilkomponenten soll eine bessere Bauplanung
möglich und die Vortriebssteuerung im maschinellen Tunnelbau unterstützt werden. Weitere Informationen hierzu erscheinen im nächsten Newsletter.
Prof. Dr. Günther Meschke: Neues Mitglied der
Akademie der Wissenschaften und der Künste
NRW
Prof. Dr. Günther Meschke, Lehrstuhl Statik und
Dynamik unserer Fakultät, ist als ordentliches Mitglied in die Akademie der Wissenschaften und der
Künste NRW, Klasse für Ingenieurs- und Wirtschaftswissenschaften, gewählt worden. Die Akademie fördert den Austausch zwischen Forschern
und Institutionen und berät die Landesregierung in
Fragen der Forschungsförderung.
Prof. Dr.-Ing. Markus Thewes: First Vice President der ITA
Die International Tunnelling and Underground
Space Association (ITA) hat auf ihrer Jahresversammlung vom 14.-20. Mai 2010 in Vancouver
Prof. Dr.-Ing. Markus Thewes, Lehrstuhl Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb unserer Fakultät,
zu ihrem First Vice President gewählt. In dieser Position ist Prof. Thewes Vertreter des Präsidenten
und verantwortlich für "Technical Affairs", was
insbesondere die Koordination von 13 Arbeitsgruppen und drei Komitees (Safety, Underground Space
Use, Education+Training) betrifft.
Liste der Professuren der Fakultät
Baustofftechnik
Univ. Prof. Dr.-Ing. R. Breitenbücher
Verkehrswesen - Planung und Management
Prof. Dr.-Ing. J. Geistefeldt (ab 07-2010)
Mechanik - Materialtheorie
Univ. Prof. Dr. rer. nat. K. Hackl
Windingenieurwesen und Strömungsmechanik
Univ. Prof. Dr.-Ing. R. Höffer
Stahl-, Holz- und Leichtbau
Univ. Prof. Dr.-Ing. R. Kindmann
Informatik im Bauwesen
Univ. Prof. Dr.-Ing. M. König
Massivbau
Univ. Prof. Dr.-Ing. P. Mark
Statik und Dynamik
Univ. Prof. Dr. techn. G. Meschke
Mechanik adaptiver Systeme
Univ. Prof. Dr.-Ing. T. Nestorović
Verkehrswegebau
Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Radenberg
Grundbau, Boden- und Felsmechanik
Univ. Prof. Dr.-Ing. T. Schanz
Geodäsie
Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Scherer
Kontinuumsmechanik
Jun.-Prof.. Dr.-Ing. H. Schütte
Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik
Univ. Prof. Dr. rer. nat. A. Schumann
Mechanik – Kontinuumsmechanik
Univ. Prof. Dr.-Ing. H. Steeb
Umwelttechnik und Ökologie im Bauwesen
Univ. Prof. Dr. rer. nat. H. Stolpe
Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb
Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Thewes
Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik
Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Wichern
Kontakte und nähere Informationen
Nähere Informationen zu Forschung und Lehre sind
unter der Fakultätshomepage http://www.rub.de/fbi
zu finden. Die Leiter der Lehrstühle und Arbeitsgruppen stehen gerne für weitere Auskünfte zur
Verfügung.
Impressum
Für den Inhalt verantwortlich:
Prof. Dr.-Ing. R. Breitenbücher, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften,
Ruhr Universität Bochum, 44780 Bochum