Eine neu entwickelte Methode ermöglicht eine umwelt- und ressourcenschonende Beton-Bauweise für Tunnelröhren. Die Integration von Metall ermöglicht eine schlankere Konstruktion der Tunnelröhren und reduziert die Korrosions- und Brandgefahr.

Mit der steigenden Sorge um die Umwelt, wird auch der Betonbau einer kritischen Revision unterzogen. Die Zement- und Stahlproduktion verbraucht große Mengen an fossilen Rohstoffen wie Kohle und Öl. Diese sind endlich und – Prognosen zufolge – nur noch hundert Jahre in der heutigen Form nutzbar. Außerdem werden in der Herstellung der Baustoffe große Mengen an CO2 freigesetzt. Ein effizienterer Umgang mit Baustoffen kann viel bewirken. Vor allem in ressourcenintensiven Bereichen, wie im Bau von Tunnelröhren. Eine Tunnelröhre muss stabil und belastbar sein. Diese Anforderung wurde bisher mit massiven Betonbau-Elementen erfüllt.

Ressourcenschonende Alternativen

Auf der Suche nach ressourcenschonenden Alternativen wusste man, dass eine Tunnelröhre nicht unbedingt massiv gebaut sein muss, um stabil zu sein. Entscheidend ist die Kraft, die von einem Betonelement auf das andere übertragen wird. Neue Lösungen scheiterten jedoch an technischen und wirtschaftlichen Zwängen. Einem Forscherteam vom Institut für Tragkonstruktionen an der Technischen Universität (TU) Wien, gelang es jetzt, diese zu überwinden – und gleich mehrere Probleme zu lösen. Die neue Tunnelbau-Technik ist:

  • ressourcenschonend;
  • liefert langfristig haltbare Strukturen;
  • vermindert Schwierigkeiten mit Korrosion und möglichen Brandschäden;

 

Mechanische Kräfte ausgleichen

Eine Tunnelröhre besteht aus großen Betonringen. Deren Umfang ist nicht aus einem Guss, sondern wird aus sechs bis zehn Elementen zusammengesetzt. In der Fachsprache spricht man von Tübbingen. Die Flächen, an denen die Tübbinge aufeinander treffen, sind zu den Rändern hin abgeschrägt. Das vermeidet Abplatzungen an den Kanten. Im Gegenzug werden allerdings die Kontaktfläche und damit die mechanische Spannung auf die Bauelemente erhöht. Es gibt mehrere Ansätze dieses Problem zu lösen:

  • Gestaltet man den gesamten Betonring dicker und massiver, dann ist die Kontaktfläche zwar ausreichend groß, aber die Gesamtkonstruktion wird schwerer und teurer.
  • Verstärkt man die Fugen mit Metall, dann ist das kostenintensiv und neue Probleme tauchen auf: Das Metall befindet sich direkt an der Oberfläche der Konstruktion – und es kann zu Korrosion kommen. Außerdem ist die Lösung nicht feuerbeständig: Im Falle eines Brandes verlieren Verstärkungen aus Metall rasch ihre Tragkraft.
Tübbing (c) TU Wien

Der Tübbing als Teil im Umfang der Tunnelröhre (c) TU Wien

Metall im Beton einbauen

Die Forscher an der TU Wien verwendeten zwar Metall, entwickelten aber eine vollkommen neue Methode. Das Metall wurde in Form eines Bewehrungsstabs mittig in den schlanken Tübbing eingebaut. Dadurch besteht keine Korrosionsgefahr. Der Bewehrungsstab schließt mit der Kontaktfläche ab. Wodurch die Berührung mit dem Bewehrungsstab des benachbarten Tübbings gegeben ist. So kommt jeder Bewehrungsstab  mit dem nächsten in Kontakt und kompensiert einen Teil der mechanischen Spannung.

Schlankere und stabilere Tunnelröhren

“Diese Entwicklung wird die Herstellung von Tunnelröhren mit schlankeren Tübbingen ermöglichen und damit einen wichtigen Beitrag zum nachhaltigen Bauen leisten”, sagt Professor Johann Kollegger vom Institut für Tragkonstruktionen. Die Tübbinge werden durch die spezielle Bewehrung stabiler und und kommen mit weniger Material aus. Ein geringerer Betonverbrauch bedeutet eine Schonung der natürlichen Ressourcen und eine Reduktion des CO2 Ausstoßes.

Die neue Technik wurde mit Unterstützung des Forschungs- und Transfersupports der TU Wien patentiert.

 

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