Staumauer Isola: Sägeschnitt mindert Spannung
In die Staumauer Isola bei San Bernardino wurde in den letzten Monaten eine Fuge geschnitten. Mit dem vorbeugenden Eingriff schaffen die Misoxer Kraftwerke Platz, um Spannungen im Innern des Betonkörpers abzubauen, die durch Quellvorgänge entstehen.
Quelle: zvg
Beim Betonquellen handelt es sich um ein Phänomen, das unter bestimmten Bedingungen weltweit bei Infrastrukturbauten auftreten kann. Durch die Ausdehnung entstehen im Innern der Betonkörper Spannungen, was zur Rissbildung führen kann. Bei der Staumauer Isola bei San Bernardino schafft eine Fuge Platz, damit die Spannungen reduziert werden können.
Beim sogenannten Betonquellen handelt es sich um bekanntes und wissenschaftlich gut untersuchtes Phänomen. Die Ursachen liegen bei den Alkali-Aggregate-Reaktionen (AAR) sowie beim Sulfat-Quellen (SAR). Betroffen sind vor allem ältere Infrastrukturbauwerke aus Beton. Die Talsperre Isola beim San Bernardino Pass ist zwischen 1957 und 1963 als Bogengewichtsstaumauer erbaut worden.
Fuge schneiden und verfüllen
Um die durch das Quellen entstandene Spannung zu reduzieren, wurde mit drei Schnitten vorsorglich in einem Mauerblock ein 16 Millimeter breites Stück entfernt. 27 Meter hoch ist die Fuge, die 5,5 Meter tief in den Betonkörper reicht. Durch den gewonnenen Raum kann sich der Beton ausdehnen, was die Spannungen reduziert. Rund zehn Tonnen Betonmaterial wurden bei der 45 Meter hohen und bei der Krone 5,5 Meter breiten Staumauer entfernt.
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Die Arbeiten müssen im Winter bei leerem Staubecken durchgeführt werden...
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...Kernbohrung durch die Mauer...
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...mit Sägeschnitt...
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...Sägeseil mit Industriediamanten...
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...gespanntes Sägeseil...
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...Seilschnittmaschine.
Der Leerraum wird anschliessend mit 8,4 Tonnen Fugenmaterial wieder verfüllt. Momentan läuft die letzte Phase der vorbeugenden Massnahmen, wobei die Schneidearbeiten bereits abgeschlossen sind. Das Verfahren basiert auf bewährter Technik, die in der Schweiz und weltweit bereits bei diversen Staumauern erfolgreich angewendet wurde.
Drei Bedingungen begünstigen Reaktion
Damit es zu AA-Reaktionen kommt und sich der Beton ausdehnt, müssen drei Voraussetzungen gleichzeitig erfüllt sein. Neben reaktiven Zuschlagskörnern muss im Beton genügend Feuchtigkeit vorhanden sein. Und es müssen drittens Alkalien zur Verfügung stehen. Bei der Staumauer Isola sind sulfathaltige Stoffe beim Beton, welche in der Region San Bernardino vorkommen. Diese Stoffe wurden damals für die Herstellung des Betons verwendet.
Bei Staumauerbeton liegt der Feuchtigkeitsgehalt zumeist nahe bei 100 Prozent, wobei AAR durch Feuchtigkeitswechsel begünstigt wird, da dadurch der Transport der Alkalien erhöht wird. Dies trifft bei Staumauern oft für die Luftseite zu sowie den Kronenbereich und den obersten Teil der Wasserseite. Falls der Feuchtigkeitsgehalt des Betons unter 80 Prozent liegt, kommt es nicht zur AAR.
Irreversible und reversible Verformungen
Auch die geografische Lage mit einer Exposition für starke Sonneneinstrahlung kann das Betonquellen begünstigen. Denn bei erhöhter Temperatur – etwa auf sonnenbeschienenen und oberflächennahen Staumauerbereichen – laufen die Reaktionen viel schneller ab, als in den Schattenbereichen oder im Mauerinneren. Eine Rolle spielt neben dem Alter der Anlagen auch der Mauertyp. Bogengewichtsmauern weisen beispielsweise ein höheres Betonvolumen auf als Doppelbogenmauern.
Regelmässige Messungen während der letzten 40 Jahre zeigen eine leichte Zunahme des Betonvolumens bei der Isola Staumauer. Aufgrund des wachsenden inneren Drucks hat sich die Staumauer seit ihrer Fertigstellung in der Mitte kontinuierlich und irreversibel zur Wasserseite hin um gut 60 Millimeter verformt. Von den irreversiblen Verformungstrends unterscheidet die Wissenschaft leichte Bewegungen einer Betontalsperre, die sich aufgrund der Stauzyklen ergeben.
Die Bauarbeiten werden im Winter bei tiefem Wasserstand durchgeführt und messtechnisch genau überwacht. Im Frühjahr 2020 werden die Arbeiten abgeschlossen sein. Die Gesamtkosten belaufen sich auf rund 2,5 Millionen Franken.
