Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Untersuchungsprogrammes war es, im Zusammenhang mit dem Verwitterungsverhalten entscheidende Parameter f\u00fcr Elbsandstein qualitativ und quantitativ zu kl\u00e4ren, um durch eine fundierte Steinauswahl f\u00fcr Reparatur\/Ersatz eine gr\u00f6\u00dfere Dauerhaftigkeit der stark beanspruchten Bereiche der Fassade zu erreichen. Die \u00fcberlieferten Sichtfl\u00e4chen und die durchgef\u00fchrten Reparaturen lassen darauf schlie\u00dfen, dass die Umwelteinfl\u00fcsse in Abh\u00e4ngigkeit von der eingesetzten Steinvariet\u00e4t zu unterschiedlichem Sch\u00e4digungs- und Verwitterungsumfang f\u00fchren. Daher sollte durch eine gezielte Baustoffwahl ein hohes Ma\u00df an Gleichm\u00e4\u00dfigkeit erreicht, differenzierte Sch\u00e4den infolge Umwelteinfluss ausgeschlossen und den Sandstein zerst\u00f6rende Verwitterungsprozesse verz\u00f6gert bzw. minimiert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUm eine zielgerichtete und sichere Auswahl des Steinmaterials in den in Frage kommenden Sandsteinbr\u00fcchen vornehmen zu k\u00f6nnen, war eine vorbereitende geologische Feldarbeit notwendig. Zwei Fundst\u00fccke aus stark durch Umwelteinfl\u00fcsse beanspruchten Bereichen der Kuppel waren ausgew\u00e4hlt worden, um die Kalibrierung der Materialkennwerte vornehmen zu k\u00f6nnen. Wesentliche Anforderungen an die Werksteine der Kuppel und des Kuppelanlaufs wurden aufgestellt. Auf der Grundlage dieses Anforderungsprofils gelangte ein Programm f\u00fcr die Steinauswahl zur Ausf\u00fchrung, welches neben den mineralogisch-petrografischen Analysen eine Reihe vorbereitender materialkundlicher Untersuchungen an ausgew\u00e4hlten Probek\u00f6rpern von je zwei B\u00e4nken aus zwei verschiedenen Steinbr\u00fcchen beinhaltete. Da die Gesteinsfeuchte eine Vielzahl von Verwitterungsprozessen beeinflusst und die Reaktionen vorwiegend im Porensystem des Gesteins ablaufen, stand die Ermittlung von hygrischen und thermisch-hygrischen Kennwerten im Mittelpunkt der Untersuchungen. Mit dem vorausgew\u00e4hlten Sandsteinmaterial wurden anschlie\u00dfend Klimasimulationsversuche an einem Fassadenausschnitt im Ma\u00dfstab 1:1 durchgef\u00fchrt, wobei die Simulation des Kuppelinnen- und Au\u00dfenklimas mit Hilfe einer kombinierten Klimakammer erfolgte. Die Beanspruchung des Versuchsk\u00f6rpers geschah durch ein realit\u00e4tsnahes Bewitterungsregime mit wesentlichen Einflussfaktoren des Dresdner Stadtklimas, wobei durch Auslassung von nicht verwitterungsrelevanten Wetterereignissen eine Zeitraffung realisiert wurde. Der 1:1-Modellversuch diente der umweltrelevanten Verifikation der mittels standardisierter Kleinversuche und numerischer Modelle ermittelten Ergebnisse.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ausgehend von der komplexen Beanspruchung der Kuppeldeckschicht sowie der damit verbundenen Zerst\u00f6rungsprozesse wurden wesentliche Anforderungen zur Sandstein- und M\u00f6rtelauswahl formuliert. Relevante Kenngr\u00f6\u00dfen f\u00fcr den Sandstein sind die Verwitterungsbest\u00e4ndigkeit, Dichtheit und Festigkeit. Aus den Untersuchungsergebnissen ergab sich folgende Auswahl: Sandstein M\u00fchlleite, Eisenhaltige Bank als verwitterungsbest\u00e4ndiger Stein f\u00fcr die Errichtung der Kuppeldeckschicht, Reinhardtsdorfer Sandstein als geeigneter Stein f\u00fcr die Hintermauerung, den spezifischen Anforderungen des Kuppelbaus angepasster Fugenm\u00f6rtel als Sonderentwicklung. Aufgrund dieser Erkenntnis l\u00e4sst sich schlussfolgern, dass in solchen Bereichen der Kuppel, in denen Sandsteinplatten ohne Hintermauerung (d = 0,15 bis 0,30 m) als Verdachung Verwendung finden (z.B. Kuppelanlauf und Chordach), aufgrund des gro\u00dfen Wasseraufnahmeverm\u00f6gens konstruktive Ma\u00dfnahmen zur Gew\u00e4hrleistung des Feuchteschutzes n\u00f6tig sind, z.B. durch Herstellung eines separaten Unterdaches als zweite Entw\u00e4sserungsebene. Um die Ergebnisse der durchgef\u00fchrten Kleinversuche an verspannten und unverspannten Zweisteink\u00f6rpern sowie der numerischen Modellierungen hinsichtlich des zu verwendenden Sandsteins, Fugenm\u00f6rtels und der geplanten Konstruktion zu untersetzen, wurde das komplexe Verhalten des Werksteinmauerwerkes erstmals innerhalb von 1:1-Modellversuchen wirklichkeitsnah untersucht. Die gewonnenen Ergebnisse erlauben folgende Aussagen:
\nTemperaturverhalten: Die Schichttemperaturmessungen ergaben, dass die Au\u00dfentemperatur einen wesentlichen Einfluss auf das Temperaturprofil des gesamten Mauerwerksquerschnittes aus\u00fcbt. Die Oberfl\u00e4chentemperatur an der Innenseite \u00e4ndert sich in Abh\u00e4ngigkeit der \u00e4u\u00dferen klimatischen Beanspruchung deutlich. Sie schwankte w\u00e4hrend der gesamten Versuchsdauer um etwa 12 K, bei einer maximal simulierten Au\u00dfentemperaturdifferenz von 60 K. Bei l\u00e4ngerer, extrem kalter Witterung (sehr selten vorkommender Extremfall f\u00fcr Dresden) kann die Frosteindringtiefe bis zu 56 cm betragen. Die Oberfl\u00e4chentemperatur erreicht dabei an der Innenseite Werte, die sich unmittelbar in N\u00e4he der Taupunkttemperatur befinden. Die beim Versuch durchgef\u00fchrten Beobachtungen am Sandstein verdeutlichten, dass der Postaer Stein in der Lage ist, aufgrund seines gro\u00dfen offenen Porenraums anfallendes Tauwasser im oberfl\u00e4chennahen Bereich sofort aufzusaugen. Die Temperaturverl\u00e4ufe best\u00e4tigen, dass die Frostwiderstandsf\u00e4higkeit des in der Kuppeldeckschicht vorzusehenden M\u00f6rtels gew\u00e4hrleistet sein muss.
\nFeuchteverhalten: Die Untersuchungen zeigten, dass die Austrocknung des Kuppelmauerwerks sowohl von der Au\u00dfen- als auch der Innenseite erfolgt. Im Kernbereich der Hintermauerung stellt sich ein h\u00f6heres Feuchteniveau ein. In der mittleren Fuge (60 cm unter Sandsteinoberfl\u00e4che) ist der Feuchtegehalt am h\u00f6chsten. Aufgrund der ung\u00fcnstigeren Diffusionseigenschaften des M\u00f6rtels verharren die inneren Mauerwerksbereiche auf einem h\u00f6heren Feuchtezustand. Bei den Sandsteinen ist dagegen aufgrund des guten Diffusionsverm\u00f6gens eine rasche Abnahme der Feuchte in den oberfl\u00e4chennahen Bereichen zu beobachten. Infolge des hohen Wasseraufnahmeverm\u00f6gens des Sandsteines M\u00fchlleite kommt es in der Kuppeldeckschicht im Anschluss an eine intensive Beregnungsphase zum sprunghaften Anstieg der Feuchte. Unmittelbar nach der Schalenfuge treten jedoch keine entscheidenden Ver\u00e4nderungen mehr auf. Es war zu beobachten, dass die witterungsbedingten Feuchte\u00e4nderungen im Wesentlichen in der Kuppeldeckschicht ablaufen. Der Mauerwerkskern und die Innenseite unterliegen dagegen einer relativen Konstanz. Die Untersuchung des Einflusses von kurzzeitig auftretenden, aber intensiven Sommergewittern nach einer zuvor stattgefundenen l\u00e4ngeren Erw\u00e4rmungsphase ergab, dass spontane Wetterereignisse keinen gro\u00dfen Einfluss auf den Feuchtehaushalt der tiefer gelegenen Mauerwerksbereiche haben. Beobachtungen w\u00e4hrend der Beregnung zeigten, dass schon nach kurzer Beanspruchungszeit von etwa 5 min ein gro\u00dfer Teil des Wassers auf der Oberfl\u00e4che abl\u00e4uft. Die inneren Bereiche k\u00f6nnen das Wasser nicht schnell genug aufsaugen und somit s\u00e4ttigt sich der Porenraum im oberfl\u00e4chennahe Bereich relativ schnell. Wesentliches Ergebnis des Projektes bez\u00fcglich der Umwelteinfl\u00fcsse ist, dass der Weg des Wassers als entscheidendes Tr\u00e4germedium f\u00fcr Schadstoffe erforscht und realit\u00e4tsnah nachgebildet werden konnte.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse des gef\u00f6rderten Projektvorhabens wurden entsprechend den Regeln der DBU aufbereitet. Die Daten werden an das IRB Stuttgart und das Hornemann-Institut Hildesheim zur Gew\u00e4hrleistung einer breiten Nutzung durch die Fach\u00f6ffentlichkeit und interessierte Leser weitergegeben.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Ergebnis der Projektbearbeitung liegt auf der Grundlage einer wissenschaftlich fundierten Steinauswahl eine optimierte, technologisch und steintechnisch ausf\u00fchrbare und dauerhafte Konstruktion f\u00fcr die Hauptkuppelau\u00dfenschale der Frauenkirche zu Dresden vor. Mit der speziell entwickelten kombinierten Klimasimulationstechnik ist man in der Lage, die witterungsbedingten \u00e4u\u00dferen Einwirkungen realit\u00e4tsnah nachzubilden. Eine Erweiterung unter Hinzuziehung von Schadstoffeinfl\u00fcssen ist m\u00f6glich. Die gesammelten Erfahrungen bei der Umweltsimulation und gezielten, detaillierten Datenauswertung erm\u00f6glichen \u00fcber das Vorhaben hinaus eine breite Anwendung des Wissens bei der Beseitigung von Umweltsch\u00e4den an historischen Bauwerken und deren Vorsorge auch im Sinne der Ressourcenschonung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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