Evaluierung der Tragfähigkeit von Mauerwerk aus Ziegelsplittbeton-Hohlblocksteinen der Nachkriegszeit (1945–1965) in Wien

Abstract

Viele europäische Städte, darunter auch Wien, verzeichnen ein Bevölkerungswachstum. Aufgrund des begrenzten Platzangebots im innerstädtischen Bereich sind Aufstockungen oder Dachbodenausbauteneine geeignete Methode, um mehr Wohnraum zu schaffen. Die kommunalen Wohnbauten der Nachkriegszeitbieten aufgrund ihrer einheitlichen Typologie sowie der aufgelockerten Bauweise ein großes Ausbaupotenzial. Die baulichen Veränderungen erfordern den Nachweis der Tragfähigkeit der bestehenden Baukonstruktion. In der Zeit nach dem Zweiten Weltkrieg wurden vor allem im kommunalen Wohnbau Hohlblocksteine aus Ziegelsplittbeton (sogenannte Vibrosteine) als tragendes Mauerwerkeingesetzt. Für die Bewertung des Bestandsmauerwerks werden üblicherweise zerstörungsfreie und zerstörungsarme Prüfmethoden eingesetzt. Aufgrund der Hohlkammern der Vibrosteine können die genannten herkömmlichen In-situ-Untersuchungen nur bedingt zur Festigkeitsbestimmung herangezogen werden, weshalb die Kenntnis der charakteristischen Materialeigenschaften durch detaillierte Untersuchungen von zentraler Bedeutung ist.Die vorliegende Arbeit befasst sich eingangs mit der historischen Entwicklung, der Einsatzweise und der Herstellung von Hohlblocksteinen aus Ziegelsplittbeton sowie der Bauweise und Typologie von kommunalen Wohnbauten im Zeitraum von 1945 bis 1965 in Wien. Zusätzlich wurde deren Ausbaupotenzial aufgezeigt, um die Notwendigkeit von experimentellen Materialuntersuchungen der spezifischen Baumaterialien zu verdeutlichen. Die experimentellen Materialuntersuchungen wurden an Vibrosteinen, die einem Bestandsbauwerk entstammen, durchgeführt. Im Speziellen wurden die Festigkeits-und Verformungseigenschaften an Mauerwerk und Mauerstein sowie an kleinen, aus demVibrostein herausgeschnittenen Probekörpern bestimmt. Der Fokus der Materialprüfungen lag dabeiauf der Bestimmung jener Kennwerte, die für den Nachweis der vertikalen Lastabtragung notwendig sind. Zusätzlich wurde durch die Evaluierung der veränderten Festigkeitseigenschaften auf die grundsätzliche Eignung von unterschiedlichen Verfestigungsmitteln an Mauerstein und Kleinprüfkörpern verwiesen. Die experimentelle Prüfung der Druckfestigkeit wurde mittels diskreter Modellierungsstrategien an Kleinprüfkörpern und Vibrostein numerisch nachgebildet und verglichen. Dabei konnten die experimentell ermittelten Festigkeits- und Verformungseigenschaften der Kleinprüfkörper als Eingangsparameter für ein numerisches Modell des Vibrosteins verwendet werden, um die Druckfestigkeit des gesamten Vibrosteins zu bestimmen. Zudem wurden die unterschiedlichen Modellierungsstrategien zur Abbildung des Vibromauerwerks diskutiert und vorgestellt.Zum einen wurden durch die umfassenden Untersuchungen die charakteristischen Materialeigenschaften des Ziegelsplittbetons, der Vibrosteine und des Vibromauerwerks ermittelt. Zum anderen sollten die numerischen Simulationen die Verwendung von ergänzenden, zerstörungsarmen In-situ-Prüfverfahren ermöglichen. Die durchgeführten experimentellen und numerischen Materialuntersuchungen liefern die Grundlage für weitere Untersuchungen und zukünftige Tragfähigkeitsbewertungen von Vibromauerwerk der Wohngebäude aus der Nachkriegszeit.

Many European cities, including Vienna, are experiencing population growth. Due to the limited spaceavailable in inner-city areas, extensions or attic conversions are a suitable method for creating more living space. The municipal residential buildings of the post-war period offer great potential for expansiondue to their uniform typology as well as the scattered construction method. Structural changes require proof of the load-bearing capacity of the existing construction. In the period after the Second World War, hollow blocks made of brick aggregate concrete (so-called “Vibrosteine“) were used as load-bearing masonry, especially in municipal housing. For the evaluation of the existing masonry, non destructive or minor-destructive testing methods are usually used. Due to the hollow chambers of the“Vibrostein“, the mentioned conventional in-situ tests can only be used to a limited extent, which is why the knowledge of the characteristic material properties through detailed tests is essential.The dissertation starts by discussing the historical development, the application and the production of hollow blocks made of brick aggregate concrete as well as the construction method and typology of municipal residential buildings in Vienna in the period from 1945 to 1965. In addition, their potential for extension is shown in order to illustrate the necessity of experimental material investigations of the specific building materials. The experimental material tests were carried out using “Vibrosteine”from an existing building. In particular, the strength and deformation properties were determined on masonry and masonry unit as well as on small test specimens cut out of the masonry unit. The focus of the material tests was to determine those characteristic parameters that are necessary for the verification of the vertical load bearing. Additionally, the fundamental suitability of different strengthening materials on masonry units and small test specimens was indicated by the evaluation of the changed strength parameters. The experimental testing of the compressive strength was numerically simulated and compared using discrete modeling strategies on small test specimens and “Vibrosteine”.The experimentally determined strength and deformation properties of the small test specimens wereused as input parameters for a numerical model of the masonry unit in order to determine the compressive strength of the entire “Vibrostein”. In addition, the different modeling strategies to simulate the vibro-masonry were discussed and presented.On the one hand, the comprehensive investigations were used to determine the characteristic material properties of the brick aggregate concrete, the “Vibrostein” and the “Vibromasonry”. On the otherhand, the numerical simulations should enable the use of complementary, low-destructive in-situ testing methods. The performed experimental and numerical material investigations provide the basis for further investigations and future load-bearing capacity evaluations of “Vibromasonry” of the post-warresidential buildings.