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Tragfähigkeit von Hinterschnittverankerungen in Natursteinplatten in Abhängigkeit der Materialeigenschaften
Heutzutage finden Natursteine zunehmend Verwendung in Fassaden. Aus Gründen der sicheren und wirtschaftlicheren Befestigung dieser Verkleidungselemente, ist die Kenntnis der Dübeltragfähigkeit unerlässlich. Zur Abschätzung der charakteristischen Ankertragfähigkeit nach den gültigen Richtlinien - europäische Zulassung ETA-05/0266 und ETA-06/0253 - sind allerdings aufwendige Auszugsversuche notwendig, da die Berechnungsgleichungen hauptsächlich geometrische Parameter berücksichtigen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, auf Grundlage von einfach zu bestimmenden werkstoffspezifischen Materialeigenschaften, ein Vorhersagemodell für die Dübeltragfähigkeit herzuleiten. Vor dem Hintergrund einer möglichst allgemeingültigen Formulierung, welche für ein großes Spektrum heute eingesetzter Natursteine Gültigkeit besitzt, deckt das Versuchsprogramm eine geologische, sowie geographische Vielfalt ab. Das Untersuchungsprogramm stellte eine umfassende Materialcharakterisierung sicher. Um den Einfluss des Feuchtegehaltes auf die jeweilige Materialeigenschaft quantifizieren zu können, wurden die Gesteinsproben unter drei verschiedenen Lagerungsbedingungen konditioniert. Zusätzlich zur Augenscheinprüfung wurde die Ultraschallgeschwindigkeit während der Arbeit zur Beurteilung der Schichtung der Gesteine ermittelt. Der Einfluss der Genese wurde durch die petrographische Analyse, die Phasenanalyse und die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung berücksichtigt. Im Rahmen der Beschreibung der physikalischen Eigenschaften wurden Rein- und Rohdichte, offene Porosität, Gesamtporosität, Wasseraufnahme und Ultraschallgeschwindigkeit gemessen. Zur Beschreibung des Porensystems wurde die Quecksilberporosimetrie herangezogen. Die Druckfestigkeit wurde indirekt durch Bestimmung des Punktlastindexes und direkt durch den einachsigen Druckversuch ermittelt. Eine Umrechnung zwischen der Druckfestigkeit von zylinder- und würfelförmigen Proben wurde diskutiert. Im Weiteren wurde die Möglichkeit eines Zusammenhangs zwischen der Druckfestigkeit und der Scher-, Biege-, Spalt- und Oberflächenzugfestigkeit untersucht. Die für die Modellbildung relevanten weiteren mechanischen Werkstoffparameter, wie E-modul, Querdehnung, spezifische Bruchenergie und Bruchzähigkeit, wurden bei einem, bzw. zwei Feuchtegehalten bestimmt. Die Querdehnungs- und E-Modul-Messungen erfolgten mittels Dehnmesstreifen, wodurch sich die Querdehnungsänderung parallel zum Spannungsniveau darstellen ließ. Das Versuchsprogramm zur Bestimmung der Ankertragfähigkeit basiert auf Literaturangaben sowie auf Vorgaben zu Messungen der Tragfähigkeit von Hinterschnittdübeln in Beton. Die Messung der Ankertragfähigkeit wurde an bei drei Klimaten bis zum Erreichen der Massenkonstanz gelagerten Probekörpern durchgeführt. Die Messung der Ultraschallgeschwindigkeit erfolgte an jeder Probe vor den zerstörenden Versuchen, wodurch eine Betrachtung des Zusammenhangs zwischen Ultraschallgeschwindigkeit und Ankertragfähigkeit des Hinterschnittdübels ermöglicht wurde. Die Bestimmung der zentrischen Zugtragfähigkeit erfolgte bei drei unterschiedlichen Verankerungstiefen von 10, 15 und 20 mm. Die größte Anzahl der Versuche wurde mit einer Verankerungstiefe von 15 mm durchgeführt. Beim Querlastversuch wurde das Hauptaugenmerk auf die Vergleichbarkeit mit der Zugtragfähigkeit des Dübels gelegt, dafür wurde durch die Wahl des Versuchsaufbaus sichergestellt, dass die Versagensart Steinausbruch auf der lastabgewandten Seite auftrat. Die Versuche wurden an Probekörpern mit allen drei Feuchtegehalten bei einer Verankerungstiefe von 15 mm durchgeführt. Es wurden zusätzlich Querlastversuche mit Hebelarm durchgeführt, um den Einfluss des Hebelarms untersuchen zu können. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wurde eine Datenbank erstellt, die die Herleitung möglicher Umrechnungen zwischen den Materialeigenschaften der Natursteine, sowie der Ankertragfähigkeit erlaubte. Die Ergebnisse deuten auf eine signifikante Korrelation zwischen den Festigkeitskennwerten, der Ultraschallgeschwindigkeit, sowie der Rohdichte auf der einen und der Dübeltragfähigkeit auf der anderen Seite hin. Die Anwendbarkeit der darauf basierenden empirischen Berechnungsgleichungen an weiteren Steinsorten wurde abschließend durch von externer Stelle geprüfte Ankertragfähigkeiten, bzw. Festigkeitskennwerte und intern ermittelte Ultraschallgeschwindigkeiten und Rohdichten validiert. Die für die Modellbildung relevanten Eigenschaften konnten dadurch definiert werden.
Tragfähigkeit von Hinterschnittverankerungen in Natursteinplatten in Abhängigkeit der Materialeigenschaften
Heutzutage finden Natursteine zunehmend Verwendung in Fassaden. Aus Gründen der sicheren und wirtschaftlicheren Befestigung dieser Verkleidungselemente, ist die Kenntnis der Dübeltragfähigkeit unerlässlich. Zur Abschätzung der charakteristischen Ankertragfähigkeit nach den gültigen Richtlinien - europäische Zulassung ETA-05/0266 und ETA-06/0253 - sind allerdings aufwendige Auszugsversuche notwendig, da die Berechnungsgleichungen hauptsächlich geometrische Parameter berücksichtigen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, auf Grundlage von einfach zu bestimmenden werkstoffspezifischen Materialeigenschaften, ein Vorhersagemodell für die Dübeltragfähigkeit herzuleiten. Vor dem Hintergrund einer möglichst allgemeingültigen Formulierung, welche für ein großes Spektrum heute eingesetzter Natursteine Gültigkeit besitzt, deckt das Versuchsprogramm eine geologische, sowie geographische Vielfalt ab. Das Untersuchungsprogramm stellte eine umfassende Materialcharakterisierung sicher. Um den Einfluss des Feuchtegehaltes auf die jeweilige Materialeigenschaft quantifizieren zu können, wurden die Gesteinsproben unter drei verschiedenen Lagerungsbedingungen konditioniert. Zusätzlich zur Augenscheinprüfung wurde die Ultraschallgeschwindigkeit während der Arbeit zur Beurteilung der Schichtung der Gesteine ermittelt. Der Einfluss der Genese wurde durch die petrographische Analyse, die Phasenanalyse und die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung berücksichtigt. Im Rahmen der Beschreibung der physikalischen Eigenschaften wurden Rein- und Rohdichte, offene Porosität, Gesamtporosität, Wasseraufnahme und Ultraschallgeschwindigkeit gemessen. Zur Beschreibung des Porensystems wurde die Quecksilberporosimetrie herangezogen. Die Druckfestigkeit wurde indirekt durch Bestimmung des Punktlastindexes und direkt durch den einachsigen Druckversuch ermittelt. Eine Umrechnung zwischen der Druckfestigkeit von zylinder- und würfelförmigen Proben wurde diskutiert. Im Weiteren wurde die Möglichkeit eines Zusammenhangs zwischen der Druckfestigkeit und der Scher-, Biege-, Spalt- und Oberflächenzugfestigkeit untersucht. Die für die Modellbildung relevanten weiteren mechanischen Werkstoffparameter, wie E-modul, Querdehnung, spezifische Bruchenergie und Bruchzähigkeit, wurden bei einem, bzw. zwei Feuchtegehalten bestimmt. Die Querdehnungs- und E-Modul-Messungen erfolgten mittels Dehnmesstreifen, wodurch sich die Querdehnungsänderung parallel zum Spannungsniveau darstellen ließ. Das Versuchsprogramm zur Bestimmung der Ankertragfähigkeit basiert auf Literaturangaben sowie auf Vorgaben zu Messungen der Tragfähigkeit von Hinterschnittdübeln in Beton. Die Messung der Ankertragfähigkeit wurde an bei drei Klimaten bis zum Erreichen der Massenkonstanz gelagerten Probekörpern durchgeführt. Die Messung der Ultraschallgeschwindigkeit erfolgte an jeder Probe vor den zerstörenden Versuchen, wodurch eine Betrachtung des Zusammenhangs zwischen Ultraschallgeschwindigkeit und Ankertragfähigkeit des Hinterschnittdübels ermöglicht wurde. Die Bestimmung der zentrischen Zugtragfähigkeit erfolgte bei drei unterschiedlichen Verankerungstiefen von 10, 15 und 20 mm. Die größte Anzahl der Versuche wurde mit einer Verankerungstiefe von 15 mm durchgeführt. Beim Querlastversuch wurde das Hauptaugenmerk auf die Vergleichbarkeit mit der Zugtragfähigkeit des Dübels gelegt, dafür wurde durch die Wahl des Versuchsaufbaus sichergestellt, dass die Versagensart Steinausbruch auf der lastabgewandten Seite auftrat. Die Versuche wurden an Probekörpern mit allen drei Feuchtegehalten bei einer Verankerungstiefe von 15 mm durchgeführt. Es wurden zusätzlich Querlastversuche mit Hebelarm durchgeführt, um den Einfluss des Hebelarms untersuchen zu können. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wurde eine Datenbank erstellt, die die Herleitung möglicher Umrechnungen zwischen den Materialeigenschaften der Natursteine, sowie der Ankertragfähigkeit erlaubte. Die Ergebnisse deuten auf eine signifikante Korrelation zwischen den Festigkeitskennwerten, der Ultraschallgeschwindigkeit, sowie der Rohdichte auf der einen und der Dübeltragfähigkeit auf der anderen Seite hin. Die Anwendbarkeit der darauf basierenden empirischen Berechnungsgleichungen an weiteren Steinsorten wurde abschließend durch von externer Stelle geprüfte Ankertragfähigkeiten, bzw. Festigkeitskennwerte und intern ermittelte Ultraschallgeschwindigkeiten und Rohdichten validiert. Die für die Modellbildung relevanten Eigenschaften konnten dadurch definiert werden.
Tragfähigkeit von Hinterschnittverankerungen in Natursteinplatten in Abhängigkeit der Materialeigenschaften
Capacity of undercut anchors in natural stones : influence of the material properties of the stone
Tevesz, Judit (Autor:in) / Universität Stuttgart (Gastgebende Institution)
2015
Sonstige
Elektronische Ressource
Deutsch
DDC:
624
TIBKAT | 2015
|UB Braunschweig | 2015
|VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR VEREDLUNG VON NATURSTEINPLATTEN
Europäisches Patentamt | 2020