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Simulationstool erkennt Sicherheitsniveau von Tunneln

  • TU-Wien leistet Beitrag zum Strukturverhalten im Brandfall

(12.1.2008) Tunnelbrände der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass es bei sehr hoher Brandlast zu einer starken Schädigung der Tunneltragstruktur kommt. "In einigen Tunneln wurden bis zu zwei Drittel der Tunnel-Innenschale explosionsartig weggeschleudert. Was vom Beton übrig bleibt, ist thermisch schwer geschädigt", erklärt Matthias Zeiml vom Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen (IMWS) der TU Wien. Vor diesem Hintergrund entwickeln Experten unter der Leitung der TU Wien ein Simulationstool zur Feststellung der Standsicherheit von brandgeschädigten Tunneln.


Messeinrichtung zur Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Beton

Das Wegsprengen der Betonstücke ist eine Folge der thermischen Zwängungen und des Dampfdrucks, der im erhitzten Beton entsteht und nicht entweichen kann. Diese Abplatzungen können bis weit hinter den Bewehrungsstahl reichen und bei oberflächennahen, einschaligen Tunneln bis zum Einsturz der Struktur führen. Gemeinsam mit seinem Münchner Kollegen Roman Lackner (Dozent am IMWS) arbeitete Zeiml an dem dreijährigen FWF-Projekt "Transportprozesse im Beton bei hohen Temperaturen".

Parallel dazu untersuchten auch Ulrich Schneider, Professor am Institut für Hochbau und Technologie und das Forschungsinstitut der Österreichischen Zementindustrie (VÖZFI) die Wirkung von winzigen Teppichfasern aus Polypropylen, die dem Beton beigemengt werden. "Wenn diese nur einige Millimeter langen Fasern dem Beton zugegeben werden, entstehen bei der Erwärmung des Betons Kanäle, durch die der Wasserdampf entweichen kann. In der Folge können Abplatzungen dadurch wirkungsvoll verhindert werden", erklärt Zeiml. "Solche Polypropylenfasern können auch nachträglich aufgebracht werden, zum Beispiel als Faserspritzbeton."

Die Ergebnisse der Grundlagenforschung nutzen die Forscher für das im Juni 2007 bewilligte KIRAS-Projekt (Österreichisches Förderungsprogramm für die Sicherheitsforschung), das im Rahmen des Österreichischen Förderungsprogrammes für die Sicherheitsforschung des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) durchgeführt wird. In diesem Forschungsprojekt arbeitet ein Konsortium bestehend aus Universitätsinstituten der TU Wien und der Universität für Bodenkultur, Infrastrukturbauträgern wie ÖBB, ASFiNAG und Wiener Linien sowie Ingenieurbüros und Forschungslabors. Im Vordergrund steht die Entwicklung eines neuartigen Berechnungsschemas, das erstmals die Prognose der wesentlichen, das Tragverhalten der strukturbeeinflussenden Prozesse ermöglicht. "Es geht vor allem darum, die Bemessungen genauer und realitätsnäher zu gestalten. Das Potenzial dafür ist vorhanden", so Zeiml, und Lackner ergänzt: "Unsere Projektpartner ÖBB, ASFiNAG und Wiener Linien sind an der realitätsnahen Prognose des Sicherheitsniveaus von Tunneln unter Brandlast interessiert. Darüber hinaus sollen Fragen wie die Notwendigkeit einer temporären Abstützung und das Ausmaß der erforderlichen Sanierungsmaßnahmen für unterschiedliche Brandszenarien beantwortet werden", ergänzt Lackner.

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