Ultraschallmessung nach Sanierung des Torbogens am Schloss Hruby Rohozec, CZ

Schloss Hruby Rohozec, Turnov/ Tschechien

Zielsetzung

Nach erfolgter Sanierung des Torbogens am Schloss Hruby in Turnov wurden mittels Ultraschallmesstechnik die Geschwindigkeiten der mechanischen Schallwellen ermittelt, um Aufschluss über mögliche Gesteins- und Gefügestörungen zu ermitteln. Gleichzeitig sollen die Daten Vergleichswerte für zukünftige Messungen zum Schutz des Objektes liefern.

 

Einsatzort: Schloss Hruby Rohozec, Turnov/ Tschechien
Projektpartner: Prof. Dr.-Ing. Stephan Pfefferkorn, HTW Dresden
GEOTRON-ELEKTRONIK, Rolf Krompholz
Messaufbau: UKS 12, UNG 46, UPE, LightHouse 2000-SM
   

Vorgeschichte:

Das Eingangsportal von Schloss Hruby Rohozec wurde um 1600 aus Werksteinen geschaffen, die aus einer für die Verfasser unbekannten und nicht näher untersuchten Sandsteinvarietät bestehen. In den letzten Jahren haben Setzungen des Torbogens zu sichtbaren Rissentwicklungen in den Bogenanfängen geführt. Die Bogensteine wurden provisorisch durch ein Holzgerüst abgefangen, so dass eine weitere Verformung des Torbogens zunächst gestoppt werden konnte.

Anschließend erfolgte eine Sanierung, die unter anderem die Verpressung der Risse und Vernadelung der beiden Bogenanfangssteine mit je zwei Gewindestangen ca. Ø 10 mm beinhaltete.

In diesem Zustand wurden am 09.06.2005 die im Folgenden beschriebenen Ultraschalluntersuchungen durchgeführt.

Messdurchführung:

Werden durch ein Medium Ultraschallwellen gesendet, kann aus der gemessenen Laufzeit und der Strecke zwischen Geber und Empfänger die Ultraschallgeschwindigkeit errechnet werden. Diese Geschwindigkeit wird umso größer ausfallen, je besser die mechanische Schallwelle durch das Medium geleitet wird. Das bedeutet, je steifer und fester ein Material ist, desto größere Ultraschallgeschwindigkeiten werden ermittelt. Umgekehrt kann auf Gefügestörungen geschlossen werden, wenn die normale Ultraschallgeschwindigkeit eines Stoffes annähernd bekannt ist und davon abweichend geringere Werte gemessen werden.

Die Untersuchungen wurden mit dem Koffer-Messsystem UKS 12 der Firma GEOTRON-ELEKTRONIK durchgeführt. Vom gleichen Hersteller waren der verwendete magnetostriktive Geber UNG 46 (46 kHz) und der piezoelektronische Empfänger UPE. Geber und Empfänger wurden gegenüberliegend jeweils auf der senkrechten Vorderseite und Rückseite der 7 Werksteine des Torbogens angekoppelt. Dabei wurden in einer oberen, einer mittleren und einer unteren Spur jeweils 3 Messpunkte festgelegt, so dass für jeden Stein Messwerte für 9 definierte Messpunkte vorliegen. In der Auswertung kann somit eine Verteilung der Ultraschallgeschwindigkeiten über die Ansichtsflächen der Werksteine ermittelt und interpretiert werden.

Interpretation der Messergebnisse:

Nach der Ermittlung der Ultraschallgeschwindigkeiten aus den Messdaten und deren lokaler Zuordnung auf der Oberfläche der Werksteine ergibt sich eine Verteilung, wie sie in Abbildung 1 dargestellt ist.

Die Ultraschallgeschwindigkeiten variieren zwischen rund 1,70 km/s im Bereich der Anfänge des Bogens bis 2,80 km/s in der Nähe des Scheitels. Werte um 2,80 km/s können bei dem vorliegenden Sandstein offenbar als normal angesehen werden. Daraus wäre abzuleiten, dass zwei Werksteine im Bereich des Scheitels als quasi gesundes, ungeschädigtes Material anzunehmen sind. Weil visuell nicht zu erkennen ist, dass für beide Partien des Bogens Sandsteine unterschiedlicher Varietäten verwendet worden sind und weil dies auch unwahrscheinlich ist, kann angenommen werden, dass der Erhaltungszustand der Werksteine vom Scheitel zu den Bogenanfängen hin schlechter wird. Besonders schlecht ist der Zustand im rechten Bogenanfang.

Die Ursachen für diesen signifikanten Abfall der Ultraschallgeschwindigkeiten liegen in Mikrorissen und Makrorissen im Sandstein, die sich infolge der mechanischen Beanspruchungen durch die Absenkung des Bogenscheitels und den daraus folgenden Kraftumlagerungen eingestellt haben. Durch die Verschiebungen sind klaffende Fugen entstanden, die in den Fugenrändern Spannungskonzentrationen provozierten, denen der Sandstein in Teilbereichen nicht standhielt. In diesen Regionen (in Abbildung 2 durch rote Kreise markiert) hat demnach eine Zermürbung des Sandsteines schon begonnen. Obwohl diese Prozesse mit dem bloßen Auge noch nicht in jedem Fall zu beobachten sind, können sie mit dem Ultraschallverfahren verdeutlicht werden.

Schlussfolgerung:

Die maßgeblichen Risse, die bei der nun abgeschlossenen Sanierung vernadelt und verpresst worden sind, befinden sich in den roten Bereichen niederer Ultraschallgeschwindigkeit der Bogenwiderlager. Der Bogen sollte nun in seiner Lage gesichert sein. Sollte es jedoch erneut zu Verformungen kommen, werden neue Risse in den bereits geschädigten Steinen darüber entstehen. Der Stein über dem rechten Bogenanfang ist in dieser Hinsicht stark gefährdet!

Um eine solche Veränderung rechtzeitig erkennen zu können, bietet es sich an, die Entwicklung der Ultraschallgeschwindigkeiten in größeren Abständen durch Wiederholungsmessungen zu verfolgen. Die erste Nachuntersuchung sollte jedoch bereits nach einem Jahr stattfinden, weil durch die Vernadelung der Kraftfluss im Bogen verändert wurde und es dadurch zu Setzungen kommen kann.