Eine beschädigte Schule im Erdbebengebiet von Groningen wird mit drei erdbebensicheren Produkten ausgebessert. Schwingungsabsorbierender Schaumbeton (TAS), QuakeShield-Wandverstärkung und TEK-Sandwichpaneele sollen das Gebäude resistent gegen jegliche Erschütterung machen.
Jede einzelne Maßnahme wurde schon einmal verwendet, aber alle auf einmal sind ein Novum. Die Tatsache, dass mehrere Maßnahmen auf einmal eingesetzt werden, ist verständlich, sagt der Forscher Ömer Türkmen, der als Doktorand der TU Eindhoven an der QuakeShield-Methode forscht. „Ein Erdbeben sucht immer nach dem schwächsten Glied. Wenn Sie nur die Wände verstärken, besteht die Gefahr, dass z.B. beim Fundament etwas schief geht.“
Ein speziell entwickeltes Epoxidharz wirkt wie ein Polster gegen
Erdbebenschäden
QuakeShield ist die Technik, die zur Verstärkung der tragenden Wände in der Zufahrt zur Wicher Zitsma Schule in Middelstum verwendet wird. Dabei werden schmale Schlitze auf einer Seite der tragenden Wand gefräst. Die 20 x 1,4 Millimeter großen, dünnen Kohlenstoffstreifen (FRP-Laminate), die in diese Schlitze passen, können die Vibrationen eines Erdbebens absorbieren. Die Zugkraft, die sie aufnehmen können, beträgt bis zu 78 kN. Ein speziell entwickeltes Epoxidharz, das rundherum aufgetragen wird, wirkt wie ein Kissen zwischen dem Mauerwerk und dem FRP-Streifen. Der zähelastische Klebstoff ist speziell formuliert, um Spannungskonzentrationen und damit verbundene Risse zu verhindern.
Schaumbeton wurde bis vor ein paar Jahren hauptsächlich für Straßenfundamente verwendet
Die Verwendung von vibrationsabsorbierendem Schaumbeton (TAS) ist eine Erfindung der Bouwmaatschappij Vuurboom, dem Bauunternehmen des Schulprojekts. Schaumbeton wurde bis vor einigen Jahren hauptsächlich für Straßenfundamente verwendet, aber mit Hilfe des Betonspezialisten Jos Nederstigt entwickelte das Unternehmen eine Anwendung für Gebäudefundamente in Erdbebengebieten. Durch Anpassungen der Mischungszusammensetzung erhielt das Material höhere Druck- und Biegezugfestigkeiten und einen höheren Elastizitätsmodul. TAS hat auch eine bessere Kohäsion als herkömmlicher Schaumbeton, was bedeutet, dass er sich bei langfristiger Einwirkung von Vibrationen nicht auflöst, wie Untersuchungen im Microlab der TU Delft zeigen.
Der spezielle Schaumbeton wurde bereits bei acht Häusern in Loppersum in der Praxis eingesetzt. Ausgangspunkt für die Anwendung ist, dass das Gewicht der gesamten Struktur, einschließlich des Schaumbetons und der Lasten, gleich dem Gewicht des ausgehobenen Bodens ist. Der Schaumbeton wird mit einer Pumpe aufgetragen. Sobald alle Ecken und Löcher des Bodens gefüllt sind, wird eine flache Platte erstellt. Diese dient in ihrer Gesamtheit als Fundament mit einer sehr gleichmäßigen Übertragung der Kräfte. Die Schaumbetonplatte hat außerdem eine isolierende Wirkung und verhindert aufsteigende Feuchtigkeit.
„Stellen Sie sicher, dass Sie ein gutes Fundament haben, dann braucht der Oberbau weniger schwere Eingriffe.“
Das Bauunternehmen sieht in der Kombination aus Schaumbetonfundament und QuakeShield viele Möglichkeiten. „Unser Credo lautet: Beginnen Sie mit den Grundlagen“, sagt Geschäftsführer Rolf Vuurboom. „Stellen Sie sicher, dass Sie ein gutes Fundament haben, dann braucht der Oberbau weniger schwere Eingriffe.“ Das Bauunternehmen verwendet Stahlanker, um die TAS-Böden und die mit QuakeShield verstärkten Wände zu verbinden.
Die TEK-Sandwichplatten von Kingspan, die von den Bauherren für die anderen Fassadenteile verwendet wurden, sind ebenfalls resistent gegen Vibrationen. Das Leichtbausystem besteht aus Bauplatten, die aus OSB-Platten mit einem isolierenden Kern aus PUR bestehen. Was die mechanischen Eigenschaften betrifft, so kann es als Baumaterial verwendet werden und ist für tragende Anwendungen geeignet. Der PUR-Kern zwischen den Platten dient als Isolierung.
Es geht darum, den Nachweis zu erbringen, dass das Wandbewehrungssystem auch für größere Wandhöhen geeignet ist
Das Projekt in dem nördlichen Dorf Groningen birgt eine zusätzliche Herausforderung für QuakeShield: den Nachweis zu erbringen, dass sein Wandverstärkungssystem auch für größere Wandhöhen geeignet ist. Das Produkt wurde für eine Wandhöhe von 2,70 Metern berechnet, aber die Wände der Schule sind 3,50 Meter hoch. „Das Risiko bei einer größeren Verankerungslänge ist, dass die Verbundfestigkeit größer ist als die Zugfestigkeit“, erklärt Türkmen. „Das kann zu Rissen führen.“ Die Wahl fiel daher auf etwas dickere Streifen. Das Berechnungstool von QuakeShield wurde erweitert, so dass Bauingenieure jetzt auch Bewehrungsmaßnahmen für höhere Wandhöhen berechnen können.
Demonstrationsprojekt
Es hat sich gezeigt, dass das speziell entwickelte Epoxidharz um die FRP-Streifen herum Vibrationen gut absorbiert. Selbst bei leichten Erschütterungen verhindert seine dämpfende Wirkung Risse. Das spart Kosten, denn der Stuckateur muss nicht mehr bei jeder leichten Erschütterung kommen. Nach dem Abschluss mit einer Deckschicht ist das Gesamtpaket etwa 1,5 cm dick.
In der Schule wurde QuakeShield in allen Formen angewendet. Von innen und von außen. Und teilweise mit einer verstärkten Zementbeschichtung. In diesem Fall sind die Mauerwerkswände auf einer Seite mit einem Polymermörtel mit Carbongewebe als Verstärkung versehen.
„In dieser Hinsicht ist das Projekt ein Demonstrationsprojekt dafür, was mit dem Produkt möglich ist“, sagt Peter Schultinga von SealteQ, der es zusammen mit Royal Oosterhof Holman entwickelt hat. Der radikale Charakter des Einsatzes in Middelstum wirft allerdings die Frage auf, ob eine großflächige Anwendung in Erdbebengebieten finanziell machbar ist. Schultinga: „Es ist drastisch, aber diese Methode ist deutlich billiger als die traditionelle Bewehrung mit Stahl. Wir kommen etwa 25 Prozent billiger weg.“
Die Verstärkungsarbeiten in Middelstum werden diese Woche abgeschlossen. Das Gesamtprojekt soll in drei Monaten fertiggestellt sein. Das renovierte Schulgebäude wird dann als neue Filiale von Gbs de Klim-op weitergeführt.