Wenn Beton sich bewegt

Tribüne eines FußballstadionsDie Annahme von statischen Verkehrslasten ist unerlässlich für die Bemessung von Bauwerken. In Nichtwohngebäuden sind hierfür mehrere Kilonewton pro Quadratmeter anzusetzen. Es gibt allerdings auch Bauwerke, für die eine Betrachtung dynamischer Verkehrslasten notwendig ist. Bei Brücken können beispielsweise Fahrzeuge und Wind Schwingungen hervorrufen, die tunlichst beachtet werden sollten. Doch auch Menschen können dynamische Lasten induzieren. Viele Menschen, zugegeben, aber der Effekt ist erstaunlich.

Zum Einstieg in das Thema ein Video, aufgenommen vor ein paar Jahren im Stadion des 1. FC Nürnberg, in dem man sehr gut sehen kann, wie die Betontribünen unter der dynamischen Last der Zuschauer leiden.

Diese Tribünen sind wohlgemerkt aus Stahlbeton, einem der meist genutzten und stabilsten Baustoffen, die wir kennen. Die Bewegungen der Betontribüne sind hingegen alles andere als vertrauenerweckend. Die beachtlichen Schwingungen der Konstruktion entstehen alleine durch das zeitlich koordinierte Hüpfen der jubelnden Fußballfans auf den Oberrängen. Es wird sogar von Fällen berichtet, bei denen sich Betonteile aus der Konstruktion gelöst haben und auf die Zuschauer in den unteren Rängen gefallen sind. In einem Stadion in Brasilien versagte im Jahr 2007 die Konstruktion gar unter der Last der im Takt hüpfenden Fans und führte zum Tod mehrerer Menschen.

Wer bei der Bundeswehr war, kann sich vielleicht an die Anweisung erinnern, dass man in der Truppe niemals im Gleichschritt eine Brücke überqueren darf. Auch für die Nutzung durch motorisierte Fahrzeuge gibt es Anweisungen, die die Schwingung von Brücken begrenzen soll. Bei der Bundeswehr mag man noch Erfolg haben, wenn man den Gleichschritt vermeiden will. Doch wie erklärt man einem Fußballfan im Stadion, dass er nicht gleichzeitig mit anderen Fans jubeln und hüpfen darf? Das wird nicht klappen.

An der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Ruhr-Universität Bochum beschäftigt sich Dr. Michael Kasperski seit einigen Jahren mit dem Phänomen der ‚man made disasters‘, also mit Unglücken, die von Menschen hervorgerufen wurden. In Anbetracht der Gefahren, die wie gezeigt von dynamischen Lasten ausgehen und dem Wissen, dass diese Lasten bis zu 5 mal höher sein können als statische Lasten, ist es mehr als verwunderlich, dass es bislang keine standardisierte Bemessungsgrundlage gibt.

Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) hat hierzu die Richtlinie VDI 2038 veröffentlicht, die das Thema ‚Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken bei dynamischen Einwirkungen‘ behandelt und Untersuchungsmethoden und Beurteilungsverfahren für Schwingungen und Erschütterungen an Bauwerken vorschlägt. Einer der vom VDI angegebenen Gründe für die Erarbeitung dieser Richtlinie lautet:

Die Tendenz zu Material sparenden Bauweisen mit höherer Ausnutzung der Werkstoffe und damit zum Leichtbau macht Strukturen zunehmend empfänglicher für Schwingungsanregungen aufgrund geringerer Massen, Steifigkeiten und Dämpfungen.

Wie wahr, wie wahr. Aufgrund ökonomischer Zwänge oder auch ästhetischer Vorlieben werden Bauteile häufig so schlank entworfen, dass die Sicherheit der Gebrauchstauglichkeit an ihre Grenzen stößt, wenn es um Lasten geht, bei denen standardkonform anzusetzende Sicherheitsfaktoren nicht mehr greifen.

Beton ist zwar ein stabiler Baustoff, doch muss er auch entsprechen der zu erwartenden Belastungen bemessen werden (können). Das Deutsche Institut für Normung (DIN) wird dem hoffentlich bald Rechnung tragen.

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2 Kommentare

  1. Dennis sagt:

    Beton ist schon ein absolut genialer Baustoff, stößt aber hin und wieder auch an seine Grenzen. Trotzdem immer wieder imposant, was man mit Neuentwicklungen im Bereich Beton erreichen kann.

  2. Stefan sagt:

    Das ist wahr. Ich habe neulich noch eine Anzeige gesehen, in der ein Betonhersteller damit wirbt, dass sein Beton bis -10°C verarbeitet werden kann. Ein Hoch auf die Chemie.

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