7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 589 Bestandserkundungen als Basis für Sanierungen Dr.-Ing. Gabriele Patitz IGP Ingenieurbüro Bauwerksdiagnostik und Schadensgutachten, Karlsruhe Zusammenfassung Zahlreiche Wohnungsbaugesellschaften bewirtschaften und verwalten ein großes Potential an Bestandsbauten. Industriegebäude, Verwaltungsgebäude, Krankenhäuser und ähnliche große Komplexe werden oft von privaten Immobilienentwicklern gekauft und für neue Nutzungen umgeplant und umgebaut. Im Zentrum steht immer die Schaffung von neuem Wohnraum und neuen Lebensräumen, die den heutigen Anforderungen gerecht werden müssen. Diese Bauten sind um die Jahrhundertwende und - insbesondere die Geschosswohnungsbauten - nach dem zweiten Weltkrieg entstanden. In den meisten Fällen liegen keine oder nur unzureichende Unterlagen zur Baukonstruktion und den verwendeten Baustoffen vor. Umbauten und Eingriffe in die Originalsubstanz sind eher nicht dokumentiert. Die heute geltenden Anforderungen an das Tragwerk sowie hinsichtlich Schall- und Brandschutz müssen jedoch erfüllt werden. Daher ist es erforderlich, im Vorfeld der Umnutzungsplanungen möglichst vollumfangreich Informationen über den aktuellen Bauteilzustand zu erhalten. Das gibt Planungs- und Kostensicherheit. Bei den Geschosswohnungsbauten müssen die Bestandsuntersuchungen in der Regel unter aktueller Wohnungsnutzung erfolgen. Verständnis für Bauteilöffnungen lässt sich bei den Mietern nur schwer finden. Daher müssen Mittel und Wege gesucht werden, um mit zerstörungsfreien Verfahren in Kombination mit minimalen Eingriffen ausreichend Informationen zu erhalten. Im Folgenden wird der interdisziplinäre Einsatz des Bauradars von spezialisierter Bauingenieurin und Geophysiker an typischen Beispielen beschrieben. 1. Bauradar zur Bestandserkundung Der interdisziplinäre Einsatz von Bauradar zur Bestandserkundung gehört inzwischen zum Stand der Technik. Die heute vorliegenden Erfahrungen basieren auf einer jahrelangen Zusammenarbeit der Autorin als spezialisierte Bauingenieurin mit dem Geophysiker Markus Hübner der GGU mbH Karlsruhe. Typische Fragestellungen beim Bauen im Bestand sind beispielsweise: - Erkundung der Geschossdeckenart und Hauptträger - Ermittlung der Deckenspannrichtung mit Angabe des Bewehrungsgrades und Auskartierung von Bewehrungseisen zur gezielten Probenahme am Beton und der Bewehrung, - Erfassung von mehrlagiger Bewehrung an Wänden, Unterzügen und Stützen, - Erkundung des Aufbaus von Mauerwerkswänden, - Erfassen von Bauteildicken, Unterscheidung von Mauersteinen, - Ortung von Leitungen, Kanälen, Schächten. Aussagen zu den technischen Eigenschaften der vorhandenen Baustoffe sind mit dieser Technik nicht möglich. Allerdings können auf Basis der Radaruntersuchungen gezielte Öffnungs- und Beprobungsstellen angegeben werden. Dadurch reduziert sich zum einen die Anzahl der Öffnungen und zum anderen kann deren Position den örtlichen Gegebenheiten und der vorhandenen Nutzung gezielt angepasst werden. Mit den Radarsensoren wird zerstörungsfrei und rückstandslos an den Oberflächen entlanggefahren. Dabei werden elektromagnetische Wellen in das Bauteil gesendet. Die an Schicht-, Konstruktions- und Materialwechseln auftretenden charakteristischen Reflexionen werden in sogenannten Radargrammen (s. Beispiele) aufgezeichnet und können ggf. vor Ort bereits ausgewertet werden. Auf Basis von Erfahrungswerten werden die erfassten Reflexionen bewertet und interpretiert. Gelegentlich sind einige wenige kalibrierende kleinere Öffnungen erforderlich. 2. Erkundung von Geschossdecken Um den Zustand und die Leistungsfähigkeit von Geschossdecken zu beurteilen, müssen neben deren Bauteildicken die Konstruktionsart und deren Beschaffenheit bekannt sein. Vorhandene Nutzung, hochwertige Böden oder Verkleidungen verhindern oder erschweren detaillierte Erkundungen mittels Öffnungen. Hier kann der Einsatz des Bauradars Unterstützung bieten. Die Untersuchungen können während der laufenden Nutzung der Objekte erfolgen, da diese weder Lärm noch Schmutz verursachen. 590 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 Bestandserkundungen als Basis für Sanierungen Die Zugänglichkeit an den Geschossdecken erfolgt wahlweise von der Ober- oder Unterseite, wobei lediglich Beleuchtungselemente, flächige Verkleidungen wie untergehängte Decken und Schallschutzelemente störend sind. Diese Bereiche müssen von den Messungen ausgeschlossen werden. Mit hochauflösenden Sensoren wird in einem der Fragestellung angepassten Messraster an den Deckenoberflächen und/ oder Untersichten entlanggefahren. Geschossdecken müssen aber nicht vollflächig erkundet werden. Ein ca. 1 m breiter Streifen über die gesamte Raumlänge oder Raumbreite ist meistens ausreichend. Auf Basis der vorhandenen Erfahrungen ist es inzwischen möglich, dass eine Dateninterpretation bereits vor Ort erfolgt. In vorhandene Grundrisspläne werden die Ergebnisse übernommen und stehen dem Auftraggeber bzw. Planungsbüro umgehend zur Verfügung. Dazu gehören folgende Fragestellungen: - Art und Lage von Stahlträgern - Hauptspannrichtung massiver Betondecken und abgeschätzte Betondeckung - Lage einzelner Bewehrungsstähle und Leitungen bzw. Kanäle - Wechsel in der Konstruktionsart, Bodenaufbau - Ortung von deckengleichen Unterzügen - Auskartierung von Bewehrung zur Bohrkernentnahme In den Bildern 1 bis 4 sind typische Datensätze verschiedener Geschossdecken und Konstruktionen exemplarisch dargestellt. Bild 1: Erfassung einer Kappendecke mit Stahlträgern Bild 2: Erfassung einer Massivdecke mit dreilagiger Bewehrung, Der Stabdurchmesser kann verfahrensbedingt nicht angegeben werden. Bild 3: Erfassung eines Konstruktionswechsels (KW) von einem Gewölbe links zu einer Massivdecke rechts Bild 4: typisches Radargramm für eine Rippendecke 3. Erkundung von Mauerwerk 3.1 Unterscheidung von Mauersteinen Bei Aufstockung von Geschosswohnungsbauten muss die Konstruktion und Leistungsfähigkeit des vorhandenen Mauerwerks beurteilt werden. Dazu gehören die Kenntnis der verbauten Mauersteine sowie Informationen zu eventuellen Konstruktionswechseln. Auch diese Fragestellungen werden über das Erarbeiten von Musterdatensätzen beantwortet, wofür lokal kalibrierende Öffnungen erforderlich sind (Bilder 5, 6). So können beispielsweise Trümmersplittsteine (TVG) mit großen Hohlkammern von Vollsteinen oder HLZ Steinen unterschieden werden. Das vorhandene WDVS beeinträchtigt die Datenqualität nicht. Die Bilder 7 bis 10 zeigen typische Datensätze von Mauersteinarten. Vor Ort wird mit dem Sensor in gut erreichbarer Höhe an der Gebäudeaußenseite oder innen an den Wohnungstrennwänden entlanggefahren. Ein horizontales Messprofil ist i.d.R. ausreichend. Unter dem Putz verborgene Materialwechsel können dort erfasst, direkt angezeichnet und ggf. durch Putzabnahmen verifiziert werden (Bild 10). Die Dateninterpretation erfolgt unmittelbar vor Ort im Zuge der Untersuchungen. Damit ist es möglich, in großen Wohnanlagen effektiv die Außenwände und an den nötigen Stellen in den genutzten Wohnungen ohne Eingriffe den vorhandenen Mauerwerkstyp zu identifizieren. 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 591 Bestandserkundungen als Basis für Sanierungen Bild 5: Aufnahme eines horizontalen Messprofils Bild 6: Detailöffnung für das Erarbeiten von Musterdatensätzen je Mauersteintyp. Bild 7: Radardatensatz für ungefüllte Hohlkammersteine, Wanddicke ca. 22 cm aus Rückseitenreflexion. Bild 8: Radardatensatz für Vollziegel, Wanddicke ca. 26 cm aus Rückseitenreflexion. Bild 9: Radardatensatz für HLZ Mauersteine, Wanddicke aus Rückseitenreflexion nicht erkennbar. Bild 10: Radardatensatz für Wechsel der Mauersteinart, Wanddicke ca. 24 cm aus Rückseitenreflexion 592 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 Bestandserkundungen als Basis für Sanierungen 3.2 Erkundung konstruktiver Besonderheiten Bei Geschosswohnungsbauten aus der Nachkriegszeit kann neben massivem Ziegelmauerwerk auch ein Hohlmauerwerk vorhanden sein. Dieser heute unübliche Wandaufbau muss bei den Überlegungen zur Lasterhöhung auf die Außenwände durch Aufstockungen bekannt sein. Im vorliegenden Beispiel waren das Erdgeschoss und 1. Obergeschoss mit Ziegeln durchgemauert. Ein dafür typischer Radardatensatz zeigt Bild 11. Die Gesamtwanddicke beträgt ca. 41 cm (Bild 12). Bild 11: Radardatensatz für eine durchgemauerte Wand Bild 12: Systembild Mauerwerk zum Radardatensatz in Bild 11 Im 2. Obergeschoss lag jedoch ein veränderter Wandquerschnitt bzw. ein anderes Konstruktionsprinzip vor. Erste Hinweise zeigten sich in den Radardaten (Bild 13). Bild 13: Radardatensatz für ein Hohlmauerwerk Kalibrierende Bohrungen in Kombination mit Endoskopie ergaben, dass hier nach ca. 12 cm (eine Steinlage) eine Strukturgrenze vorhanden ist. Im Anschluss an die erste Steinlage befand sich ein offener Spalt über ca. 6 cm, der auch stellenweise mit Mörtel und Steinresten verfüllt war (Bilder 14, 15). Bild 14: Systembild Hohlmauerwerk zum Radardatensatz in Bild 13 Bild 15: gezielte Endoskopie zur Kalibrierung der Radardaten. 4. Ortung von Kaminschächten und Leitungskanälen In den Wänden von alten Krankenhausbauten sind oftmals neben zugemauerten oder verblendeten ehemaligen Tür- und Fensteröffnungen zahlreiche alte Kaminschächte vorhanden. Die einzelnen Räume hatten früher jeweils einen eigenen Ofen mit Kaminanschluss. Diese gemauerten Schächte sind im Lauf der Zeit entweder für Leitungen umgenutzt, zugeschüttet oder noch offen in der Wand vorhanden. In Kombination mit kalibrierenden kleinen Bohrungen können hier ebenso Musterdatensätze für Kaminschächte erarbeitet werden (Bilder 16, 17). Im Objekt erfolgen zerstörungsfreie Wandscans, die auf der Basis der Musterdatensätze sofort ausgewertet wurden. Die Lage und Überdeckung der ehemaligen Öffnungen und Kaminschächte wurde direkt an den Wänden angetragen. Aufwändige und staubintensive Suchschlitze erübrigten sich. 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 593 Bestandserkundungen als Basis für Sanierungen Bild 16: Ortung von Kaminschächten, Kalibrierung über kleine gezielte Vollbohrungen Bild 17: Erarbeitung von Musterdatensätzen für das Erkunden von Kaminschächten 5. Bewehrungserkundung an Wänden Im Zuge größerer Umbaumaßnahmen und Eingriffe muss das Vorhandensein der geplanten Bewehrung überprüft werden. Einfache Bewehrungssuchgeräte kommen meistens erfolgreich zum Einsatz, erreichen aber die Grenzen ihre Leistungsfähigkeit bei großen Betonüberdeckungen und Überlagerungen von Bewehrungseisen. Bei der hier beschriebenen tragenden und teilweise auskragenden Wand musste überprüft werden, ob die Zugeisen plankonform vorhanden sind. Verfahrensbedingt können keine Angaben zum Durchmesser und Korrosionszustand getroffen werden. Dank vorliegender Bewehrungspläne konnte eine gezielte und effektive Suche mit einem hochauflösenden Sensor erfolgen. Bild 18: Freilegung der auskarierten Zugeisen mit einer Betondeckung von ca. 12 cm. Die Datensätze wurden vor Ort ausgewertet und die Lage der vorhandenen Zugbewehrung an der Wand angezeichnet. Später wurde im Zuge der Rohbauarbeiten nur lokal die Bewehrung kontrollierend freigelegt. Die Betondeckung betrug ca. 12 cm (Bild 18). Das Bild 19 zeigt die fotografierte Ansicht der Messfläche mit den auskartierten Zugeisen (grün) und die Lage der Beispielradargramme (gelb) in Bild 21. Die mit Bauradar bestätigte und auskartierte Bewehrung ist im Bewehrungsplan in Bild 20 nachgezeichnet. 6. Fazit Die dargestellten Praxisbeispiele zeigen, dass das Bauradar ein effektiv einzusetzendes zerstörungsfreies Verfahren zur Bauteilerkundung ist. Aufgrund der inzwischen vorliegenden Erfahrungen und zahlreichen Referenzob- 594 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 Bestandserkundungen als Basis für Sanierungen jekte ist es möglich, den Bestand auch ohne Beeinträchtigung der vorhandenen Nutzung zu erkunden und zu bewerten. Nur lokal und ganz gezielt sind einige wenige Öffnungen oder Bohrungen zu kalibrierenden Zwecken nötig, die auch umgehend wieder verschlossen werden können. Durch das objektbezogene Erarbeiten von Musterdatensätzen für Konstruktionsvarianten von Geschossdecken, Wandkonstruktionen und typischen Einbauten ist es möglich, eine Dateninterpretation bereits vor Ort im Rahmen der Radaruntersuchungen durchzuführen. Die Ergebnisse können sofort in vorhandene Planunterlagen eingetragen werden. Alternativ werden die Informationen an den Wänden oder Böden auskartiert, vermasst und fotografisch dokumentiert. Danach wird eine Kurzdokumentation im Büro angeschlossen. Diese Herangehensweise bietet sich im frühen Stadium der Nutzungs- und Entwurfsplanungen an. Durch die ausreichend genaue Kenntnis des vorhandenen Bestandes lassen sich effektiv verschiedene Nutzungs- und Sanierungsvarianten entwickeln und kalkulieren. Unliebsame Überraschungen beim späteren Bauen lassen sich nicht ganz vermeiden. Das bestandsorientierte Untersuchungskonzept kann aus Zeit- und Kostengründen nie vollumfänglich sein. Im Zuge des Projektverlaufes und Zugewinns an Informationen sollte das erstellte Untersuchungskonzept mit den projektbeteiligten Fachleuten regelmäßig auf den Prüfstand gestellt und weiterentwickelt werden. Das betrifft sowohl die Erkenntnis, dass manche Untersuchungen nicht mehr benötigt werden und andere dafür evtl. erforderlich werden. Durch eine auf Basis der Radardaten ausgewählte Anzahl an stichprobenartigen Bauteilöffnungen können i.d.R. ausreichende Informationen gewonnen werden. Literatur [1] Patitz, Gabriele: Altes Mauerwerk zerstörungsarm mit Radar und Ultraschall erkunden und bewerten. Bauphysik-Kalender 2012, Verlag Ernst & Sohn Berlin, S. 203 [2] Seibel, Mark; Zöllner Matthias (Hrsg.): Baurechtliche und -technische Themensammlung. Heft 7: Bauteiluntersuchung. Notwendigkeit und Grenzen. Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2016 [3] Patitz, Gabriele; In unbekannte (Bauteil-)Tiefen schauen. B+B Bauen im Bestand Heft 7 / 2016 Seiten 24 - 29 [4] Patitz, Gabriele; Wellen in die Tiefe schicken. B+B Bauen im Bestand Heft 2 / 2021 Seiten 8 - 13 Bildquellen: Alle anderen Bilder sind von der Autorin und Markus Hübner GGUmbH Karlsruhe. 7. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Juli 2021 595 Bestandserkundungen als Basis für Sanierungen Bild 19: Auf der Messfläche angezeichnete Zugeisen. Bild 20: Auszug aus dem Bewehrungsplan, mit Bauradar erfasste Eisen sind farbig markiert Bild 21: Beispielradargramm 1 (oben) und 2 (unten) Zusätzlich zur Mattenbewehrung sind die schrägen Zulagen wie im Plan in Bild 20 markiert erkennbar.