8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 251 Vor dem Bauen im Bestand - Konstruktion und Material interdisziplinär analysieren und bewerten Dr.-Ing. Gabriele Patitz IGP Ingenieurbüro Bauwerksdiagnostik und Schadensgutachten, Karlsruhe Zusammenfassung Die vorhandene Bausubstanz muss nicht zwingend abgerissen und durch einen Neubau ersetzt werden. In den letzten Jahren wurden zunehmend Bestandsbauten einer neuen Nutzung zugeführt. Dieser Trend wird nicht nur anhalten, sondern sich verstärken. Das bedeutet, es sind Eingriffe und bauliche Veränderungen unter Berücksichtigung der heutigen und zukünftigen Nutzungsanforderungen und unter Beachtung der aktuell gültigen Normen und Richtlinien zu planen und auszuführen. Nicht selten liegen keinerlei Bestandspläne mehr vor oder Veränderungen sind nicht dokumentiert worden. Es ist daher wichtig, dass bereits bei noch bestehender Nutzung offene Fragen zur Konstruktion und zu den Materialien abgeklärt werden. Das schafft zeitlichen Vorlauf und Planungssicherheit. Idealerweise erfolgt dies mit zerstörungsfreien Verfahren, kombiniert mit gezielten und minimal invasiven zerstörenden lokalen Eingriffen. Durch einen zeitlichen Vorlauf der Bestandserkundung können die neuen Anforderungen aus Sicht der Eigentümer und/ oder Nutzer mit den bautechnischen Gegebenheiten optimiert und bestandsorientiert zur Deckung gebracht werden. Dabei handelt es sich immer um eine interdisziplinäre Herangehensweise, welche im Bearbeitungsprozess ständig Anpassungen und Optimierungen unterworfen ist. Für die Ausführungsplanung und letztendlich Umsetzung am Bauwerk ergeben sich Planungssicherheit, Kostensicherheit, ein fundiertes Zeitmanagement und nicht zuletzt viele Quellen der Ressourcenoptimierung und Einsparung. Das Vorgehen bei der Bestandserfassung wird an Praxisbeispielen für die Umnutzung von Fabriken, Verwaltungsgebäuden, Klinikbauten, Universitätsgebäuden und großen Hotelgebäuden aus den früheren Jahren des 20. Jahrhunderts vorgestellt. Meistens handelt es sich dabei um mehr oder weniger gut bewehrte Betonbauteile wie Decken, Wände, Unterzüge und Stütze. Ein weiterer Anwendungsschwerpunkt liegt beim Massivbau von Verkehrswasserbauwerken aus den 30iger Jahren, der eher gering bewehrt sind. 1. Bauradar als Hilfsmittel zur Bestandserkundung Der interdisziplinäre Einsatz von Bauradar zur Bestandserkundung gehört inzwischen zum Stand der Technik. Die heute vorliegenden Erfahrungen basieren auf einer etwa 25-jährigen Zusammenarbeit der Autorin als spezialisierte Bauingenieurin mit dem Geophysiker Markus Hübner der GGU mbH Karlsruhe. Folgende Fragestellungen ergeben sich i.d.R. im Zuge der Umnutzungsplanungen von Bestandsbauten. Das Bauradar ist dabei ein unterstützendes Verfahren, mit dem zerstörende Eingriffe minimiert werden und diese dann ganz gezielt erfolgen können. - Bestimmung des gesamten Deckenaufbaus - Erkundung der Geschossdeckenart und Spannrichtung - Ortung von Stahlträgern - Untersuchung und Bestimmung der vorhandenen Betongüte/ -festigkeit durch gezielte Bohrkernentnahme ohne Schädigung des Tragwerkes - Untersuchung und Bestimmung der Stahlgüte/ -festigkeit der vorhandenen Bewehrung durch gezielte Stahlentnahme ohne Schädigung des Tragwerkes - Exemplarische Auskartierung von Betondeckungen vor Ort (Brandschutzanforderungen) - Untersuchung / Kartierung zur Bewehrungsverlegung vor Ort für Abgleich mit historischen Angaben zur Bewehrungsverlegung - Auskartierung von Bewehrungseisen damit bei der Bohrkernentnahme keine Bewehrung zerstört wird - Ortung von verbauten Kanälen und Schächten, Auskartierung vor Ort an den Wänden - Erfassung von Wandkonstruktionen Aussagen zu den technischen Eigenschaften der vorhandenen Baustoffe sind mit Bauradar nicht möglich. Ergänzend sind Feststellungen wie z.B. der Materialeigenschaften von unterseitigen Putzen, Stahl und Beton mittels Labormethoden nötig. Auf Basis der Radaruntersuchungen werden gezielte Öffnungs- und Beprobungsstellen wie Kernbohrungen angegeben. Dadurch reduziert sich zum einen die Anzahl der Öffnungen und zum anderen kann deren Position den örtlichen Gegebenheiten und der vorhandenen bzw. geplanten Nutzung gezielt angepasst werden. Mit den Radarsensoren wird zerstörungsfrei und rückstandslos direkt an den Oberflächen entlanggefahren. Das ist auch an sehr wertvollen Oberflächen im musealen Bereich problemlos möglich (Bilder 1-6). Mit den Sensoren werden elektromagnetische Wellen in die Bauteile gesendet. Die an Schicht-, Konstruktions- und Materialwechseln auftretenden charakteristischen Reflexionen werden in sogenannten Radargrammen aufgezeichnet und meistens bereits vor Ort ausgewertet (Bild 7). 252 8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 Vor dem Bauen im Bestand - Konstruktion und Material interdisziplinär analysieren und bewerten Bewehrung wird exemplarisch an den Oberflächen angezeichnet und zur weiteren Vermittlung abfotografiert. Die vorhandene Gerätetechnik ist leistungsfähig und hinsichtlich der Eindringtiefe und Auflösung ausreichend. Bewehrungsstäbe in Tiefen größer als 10 cm lassen sich zuverlässig orten. Nur wenn die Eisen direkt hintereinander liegen verdeckt das vordere das hintere. Angaben zum Durchmesser und Korrosionszustand sind aus verfahrenstechnischen Gründen nicht möglich. Das Radarverfahren ist prinzipiell leistungsfähiger als die herkömmlichen Bewehrungssuchgeräte hinsichtlich Reichweite und Auflösung einzelner Eisen. Das Messraster an den Bauteilen richtet sich nach der Fragestellung und der gewünschten Aussagegenauigkeit. Hier muss gemeinsam mit dem Auftraggeber ein sinnvoller Mittelweg zwischen Messaufwand, Auswerteaufwand und Ergebnisgenauigkeit abgestimmt werden. Viele Radarprofile bedeuten nicht zwangsläufig eine höhere Ergebnissicherheit, aber auf jeden Fall erhöhte Kosten für den Auftraggeber. Für eine Dokumentation ist meistens das Anzeichnen vor Ort kombiniert mit einer fotografischen Erfassung und tabellarischen Strukturierung ausreichend (Bild 1). Auch müssen nicht alle Bauteile vollumfänglich bearbeitet werden. Es ist meistens ausreichend, typische Abschnitte sorgfältig und umfänglich zu erkunden und die weiteren dann nur noch stichprobenartig hinsichtlich Veränderungen. Hierfür ist aber eine gute Abstimmung mit dem Architekten und Tragwerksplaner sowie fachkundige Beratung bei der Auswahl der Messbereiche zwingend nötig. Bilder 1: Ermittlung des Bewehrungsverlaufes und der Auf biegungen mit einem 2000 MHz Sensors im Bereich der Voute eines Unterzuges. Die Eisen wurden vor Ort angezeichnet und später lokal geöffnet. Bild 2: Erkundung des Deckenauf baus und der Deckenspannrichtung im musealen Bereich. Hier kam der 1500 MHz Sensor auf dem Parkettboden zum Einsatz. Bild 3: Erkundung des Deckenauf baus und der Deckenspannrichtung mit einem 2000 MHz Sensor, Die Zugänglichkeit war nur von der Unterseite möglich. Bild 4: Suche nach Schlaudern bei einem kassettenartigen gemauerten Gewölbe einer Bahnhofshalle. Ergänzt wurden die Radarmessungen durch den Einsatz eines Metalldetektors. Die Lage der Schlaudern und Angabe der Überdeckung wurden vor Ort angezeichnet und lokal geöffnet. 8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 253 Vor dem Bauen im Bestand - Konstruktion und Material interdisziplinär analysieren und bewerten Bild 5: Erkundung des Decken- und Gewölbeauf baus und der Deckenspannrichtung sowie Ortung von Stahlträgern mit einem 1500 MHz Sensor und Schutz der hochwertigen Ausstattung mit einem Vlies. Bild 6: Decken- und Gewölbeerkundung mit einem 900 MHz Sensor, der eine erheblich höhere Eindringtiefe als die 2000 oder 1500 MHz Sensoren erzielt. Bild 7: Vor Ort Datenbeispiel für Stahlträger in einer Geschossdecke. Am Boden können die Stahlträger mit einer Genauigkeit von +/ - 2 cm auskartiert werden. Angaben zum Stahlträgerprofil sind aus verfahrenstechnischen Gründen nicht möglich, da helfen kleine lokale Öffnungen. 2. Beispiele aus der Praxis 2.1 Erkundung von Wandaufbauten Üblicherweise ist das Mauerwerk für eine Büro- oder Kliniknutzung in den vergangenen Jahren verändert und/ oder verkleidet worden. Es ist augenscheinlich nicht sofort erkennbar und auch durch Abklopfen nicht sicher hörbar, wie der Wandauf bau ist, wo Leitungen sind oder ob sich z.B. Holzständer hinter der Oberfläche verbergen (Bilder 8, 9). Unter laufender Nutzung können diese Fragen zuverlässig beantwortet und lokal mit kleinen Öffnungen kontrolliert werden. Das schafft für die Planungen einen erheblichen zeitlichen Vorteil und Aussagesicherheiten. Bild 8: Erkundung des Wandauf baus mittels einiger weniger Horizontalprofile bei laufender Nutzung des Gebäudes, Auswertung erfolgt vor Ort Bild 9: Im unmittelbaren Anschluss an die Radaruntersuchungen sind gezielte lokale Öffnung zur Bestimmung der Abmessungen und Zustandsbeurteilung von Holzständern möglich. 2.2 Ortung von Leitungskanälen und Schächten Insbesondere bei Krankenhäusern verbergen sich unter dem heutigen Putz oder Wandverkleidungen alte Schächte für ehemalige Öfen, Schornsteine und/ oder Leitungen. Diese lassen sich vor Ort auskartieren und an den Wandoberflächen mit der Überdeckung anzeichnen. Lokal sind ergänzend kleine Kalibrierungsöffnungen zu empfehlen (Bilder 10). 254 8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 Vor dem Bauen im Bestand - Konstruktion und Material interdisziplinär analysieren und bewerten 2000 MHz Sensor Bilder 10: Ortung von Kanälen und Schächten mit einer kalibrierenden größeren Öffnung und kleineren Bohrlöchern, Unten ist ein typischer Datensatz in dem die Wandrückseite, Leitungen an der Oberfläche und Schächte erkennbar sind. 2.3 Ortung von verschlossenen Wandöffnungen Bei gemauerten Wänden lassen sich ehemalige Öffnungen am Wechsel der Mauersteinart erkennen. Aufgrund deutlich unterschiedlicher Hohlkammern in den Mauersteinen zeigen sich in den Radardaten unterschiedliche Reflexionsmuster (Bilder 11). Bild 11: Erfassung einer verschlossenen alten Öffnung 2.4 Erkundung des Deckenaufbaus und Ortung von Stahlträgern Geschossdecken können unterschiedlicher Bauart wie z.B. Gewölbe, bewehrte Massivdecken als Einfeldträger oder in Durchlaufwirkung, Hohlkammerdecken, Holzbalkendecken usw. sein. Jeder Bauart kann ein typischer Radardatensatz zugeordnet werden. Inzwischen liegen zu den Deckenbauarten zahlreiche praktische Erfahrungen und Musterdatensätze vor. Die Radarmessungen erfolgen an der verkleidungsfreien Deckenunterseite und/ oder an der Oberseite. Die Bilder 1-6 zeigen typische Einsatzbedingungen vor Ort und in den Bildern 7 und 12 sind exemplarisch Datensätze für eine bewehrte Massivdecke und eine Stahlträgerdecke zu sehen. Die Auswertung kann bereits vor Ort erfolgen (Bild 13). Bilder 12: typische Radardatensätze für eine massive Decken oben mit Ansprache der einzelnen Bewehrungsstäbe, Unten ist ein Datensatz einer Stahlträgerdecke zu sehen. Bild 13: Die vor Ort erfasste Deckenspannrichtung und skizierte Lage der Stahlträger wird in vorhandene Unterlagen eingetragen. 8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 255 Vor dem Bauen im Bestand - Konstruktion und Material interdisziplinär analysieren und bewerten 2.5 Bewehrungserkundung und Freilegungen Zur gezielten Probenahme z.B. mittels Bohrkernen oder Freilegen einzelner Stäbe wird die Lage der Eisen an den Oberflächen vor Ort auskartiert (Bilder 14). Bilder 14: Beton- und Bewehrungsproben zur Bestimmung der technischen Eigenschaften 2.6 Verkehrswasserbauwerken Insbesondere bei Verkehrswasserbauwerken wie Schleusen und Wehren sowie den zugehörigen Massivbauteilen aus den 30iger Jahren liegt die Bewehrung sehr tief und sollte bei Betonkernentnahmen nicht zerstört werden. Von den älteren und deutlich geringer bewehrten Bauteilen liegen oft keine zuverlässigen Informationen oder Planunterlagen mehr vor und daher muss die Lage der Eisen geortet und angezeichnet werden. Dann können diese Stellen gezielt beprobt oder davon ausgeschlossen werden. In den Bildern 15 und 16 sind typische Radargramme mit Bewehrung in Tiefen von ca. 13 - 21 cm dargestellt. Bilder 15: exemplarische Auskartierung der vertikalen Bewehrung in einer Tiefe von ca. 13 bis 21 cm. Die Lage der Horizontalprofile zeigt Bild 16. 256 8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 Vor dem Bauen im Bestand - Konstruktion und Material interdisziplinär analysieren und bewerten Bild 16: Profillage an einer Trogkammerwand zu den Bildern 15 3. Fazit Zahlreiche Praxisbeispiele zeigen, dass das Bauradar ein effektiv einzusetzendes zerstörungsfreies Verfahren zur Bestandserfassung beim Bauen im Bestand ist. Lokal und ganz gezielt sind einige wenige Öffnungen oder Bohrungen zu kalibrierenden Zwecken oder für die anschließenden Untersuchungen der technischen Baustoffeigenschaften nötig. Diese Herangehensweise ist interdisziplinär und beruht auf langjährigen praktischen Erfahrungen. Voruntersuchungen bieten prinzipiell eine gute Basis für die Planungen und Ausschreibungen von Sanierungs- oder Umbauarbeiten. Unliebsame Überraschungen beim späteren Bauen lassen sich nicht ganz vermeiden, aber sehr stark eingrenzen. Vorab ist immer ein bestandsorientiertes Untersuchungskonzept nötig. Im Zuge des Projektverlaufes und Zugewinns an Informationen muss dieses 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. Literatur [1] Gabriele Patitz: In unbekannte (Bauteil-)Tiefen schauen. Geschossdecken mit Bauradar erkunden. In: B+B Heft 7/ 2016 Seite 24-29 [2] BAUSUBSTANZ Betoninstandsetzung, Instandsetzung des Laufenmühle-Viadukts, Sonderheft 1, 2017 [3] Patitz Gabriele, Kramer Maik: Bestandserfassung als Basis für Umnutzungs- und Sanierungsplanungen. In BAUSUBSTANZ 3/ 2017, Fraunhofer IRB Verlag, S. 28 [4] Der Bausachverständige, Baurechtliche und -technische Themensammlung, Arbeitshefte für Baujuristen und Sachverständige. Heft 7: Bauteiluntersuchungen Notwendigkeit und Grenzen. Seibel, Zöller (Hrsg.), Bundesanzeiger Verlag, Fraunhofer IRB Verlag 2016 Bildquellen: Alle Bilder sind von der Autorin und Markus Hübner GGUmbH Karlsruhe.