Brückensicherheit unter dem Mikroskop
Forschende der HTW Dresden untersuchen Stahlproben aus Spannbetonbrücken auf Bruchrisiken durch Risse und Versprödung
Der Einsturz der Carolabrücke in Dresden hat die Sicherheit von Spannbetonbrücken in den Fokus gerückt. Viele Brücken dieser Bauart stammen aus den 1950er bis 1970er Jahren. Nach jahrzehntelanger Nutzung kann der Spannstahl material- und alterungsbedingte Schäden aufweisen. Um die Sicherheit der Brücken zu gewährleisten, lässt das sächsische Landesamt für Straßen und Verkehr (LASUV) unter anderem den Zustand der Spanndrähte untersuchen.
Mit der Untersuchung wurde das Werkstofftechniklabor der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTWD) unter der Leitung von Professorin Daniela Hünert betraut. „Die Brücken werden punktuell geöffnet, die Spannglieder freigelegt und etwa ein Meter lange Abschnitte einzelner Stahldrähte entnommen“, erläutert die Projektleiterin. „Bei der Prüfung richtet sich unser Augenmerk besonders auf Spannungsrisskorrosion, für die eine bestimmte Stahlart anfällig ist, und die unter anderem zum Einsturz der Carolabrücke führte.“
Spannbeton bezeichnet eine spezielle Bauweise, bei der Stahldrähte mit einer Zugkraft vorgespannt und dann im Beton verbaut werden. Die zu untersuchenden Spanndrähte, die typischerweise einen ovalen Querschnitt von etwa 11,5 mal 5 bis 6 Millimeter besitzen, sind in Bündeln zu jeweils zwei Dutzend, sogenannten Spanngliedern, zusammengefasst. Deren Anzahl variiert je nach Spannweite und Brückentyp. Die Zugspannung führt dazu, dass der Beton der Brücke quasi zusammengedrückt wird, um die bei der Nutzung entstehenden Zugkräfte auszugleichen und ein rissfreies Tragwerk zu erzeugen. Dies erhöht die Tragfähigkeit, sodass größere Spannweiten ohne Zwischenstützen sowie schlankere Konstruktionen als beim Stahlbeton möglich sind.
Rissprüfung und Zugversuche
„Als erstes überprüfen wir, ob der Spannstahl Risse aufweist. Diese lassen sich mithilfe von fluoreszierendem Magnetpulver unter UV-Licht sichtbar machen“, so Daniela Hünert. „Risse schwächen den Werkstoff und er kann an dieser Stelle reißen.“ Um die Festigkeit des Materials zu testen und festzustellen, wie stark sich seine Eigenschaften verändert haben, erfolgt eine Zugprüfung. Dafür wird die Probe in eine Zugprüfmaschine eingespannt und mit zunehmender Kraft auseinandergezogen. Etwaige Risse weiten sich, sodass die Forschenden einen Blick in den Riss erhalten und ihre Tiefe feststellen können. Auch die Bruchdehnung wird gemessen, um herauszufinden wie viel Verformung der Stahl erfährt, bis er reißt.
„Nach diesen ersten Tests fängt die Arbeit erst richtig an. Wir untersuchen die Bruchfläche, denn die verrät uns, wie groß die Fläche ist, die den Draht noch zusammengehalten hat und wie der Werkstoff versagt hat“, sagt Daniela Hünert. „Unter dem Rasterelektronenmikroskop untersuchen wir auch die generelle Qualität des Stahls, ob er beispielsweise durch Einschlüsse insgesamt versprödet ist oder Korrosionsprodukte wie durch Streusalz verursachte Chlorid-Ablagerungen vorhanden sind.“
Dienstleistung für das LASUV
Anhand des Berichts der HTW Dresden über die Materialbeschaffenheit des Spannstahls und der Ergebnisse weiterer Detailuntersuchungen lässt das LASUV die Belastungsfähigkeit der Brücke berechnen und entscheidet, welche Maßnahmen gegebenenfalls zu treffen sind. Das kann von Spureinengung und Geschwindigkeitsbeschränkung über Lasteinschränkung wie die Sperrung für LKWs bis hin zur Vollsperrung reichen.
Seit Anfang 2025 führt das Team um Daniela Hünert im Auftrag des LASUV Materialprüfungen als bezahlte Dienstleistung durch. Darüber hinaus verfügt das ebenfalls an der HTW Dresden ansässige Baustofflabor über eine langjährige Tradition auf dem Gebiet der Brückenprüfung. Als zugelassene Betonprüfstelle wurden dort in den vergangenen Jahrzehnten unter anderem zahlreiche Bauwerke untersucht, darunter nahezu alle Elbbrücken im Dresdner Stadtgebiet. Dabei lag der Fokus insbesondere auf der Bewertung des Zustands von Beton und Mauerwerk sowie auf Fragen zur Dauerhaftigkeit.
Im vergangenen Jahr analysierten die Fachleute der HTW Dresden den Spannstahl von zehn Brücken aus ganz Sachsen. Künftig will auch Brandenburg ihre Expertise auf diesem Gebiet nutzen.
Forschung zu Brückenbau an der HTW Dresden
Neben dem Werkstofftechniklabor der Fakultät Maschinenbau untersuchen noch weitere Labore und Fachbereiche an der HTW Dresden die Sicherheit von Brücken. Jeder Bereich hat dabei seinen eigenen Schwerpunkt: An der Fakultät Bauingenieurwesen beschäftigen sich die Forschenden im Konstruktiven Ingenieurbau mit dem gesamten Bauwerk. Das Baustofflabor widmet sich der Bewertung des Zustands von Beton und Mauerwerk. In kommenden Beiträgen werden die verschiedenen Akteure vorgestellt.
