Bewertung der Schadensanfälligkeit von Mauerwerkskonstruktionen gegenüber Hochwassereinwirkungen

Klimatische und gesellschaftliche Veränderungsprozesse sind Herausforderungen, die den gegenwärtig zunehmenden Bedarf an Konzepten und Maßnahmen zur Reduzierung hochwasserinduzierter Risiken insbesondere für die gebaute Umwelt unterstreichen. Eine Handlungsalternative bildet die Implementierung konstruktiver Maßnahmen des hochwasserangepassten Bauens, die zu einer Minderung der Schadensanfälligkeit bestehender Gebäude führen. Derzeit fehlen jedoch Verfahren, um die Effekte derartiger Maßnahmen zu beurteilen. Die vorliegende Dissertationsschrift beleuchtet in einer Experimentalstudie zunächst das Systemverhalten gefügter Außenwandkonstruktionen bei definierten Hochwasserbeanspruchungen. Zu den Zielen der Experimentalstudie gehören die Analyse der konstruktionsspezifischen Feuchteverteilung bei mehrtägiger, ein- und zweiseitiger Wasserbeanspruchung sowie die Untersuchung der Wasserdurchlässigkeit. Zu den üblichen Außenwandkonstruktionen, welche durch ihre signifikante räumliche Verbreitung und häufige Ausführung geprägt sind, zählen sowohl ein- als auch mehrschalige Mauerwerkskonstruktionen aus überwiegend mineralischen Baustoffen. Das Versuchsprogramm umfasst acht Schichtenfolgen üblicher Mauerwerkskonstruktionen, die den allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Darauf aufbauend steht die Untersuchung der Wirkungszusammenhänge zwischen dem dokumentierten Feuchteverhalten und dessen nachteiligen Folgen im Mittelpunkt. Die anschließende systematische Ermittlung und Beurteilung der Schadensanfälligkeit bestehender Mauerwerkskonstruktionen basiert auf der Nutzwertmethode, welche die nachteiligen Veränderungen der Eigenschaftswerte anhand von insgesamt elf identifizierten Kriterien bewertet. Auf der Basis der Labor- und Bewertungsergebnisse lassen sich für die untersuchten Baukonstruktionen exemplarische Anpassungsoptionen ableiten, die im Hinblick auf die Minderung zukünftiger Hochwasserschäden eine geeignete Konstruktionslösung darstellen. Anhand des verwendeten methodischen Ansatzes kann somit die Wirkung verschiedener baukonstruktiver Maßnahmen, bezogen auf die Verringerung des Risikos, eingeschätzt werden.:1 Einleitung 9 1.1 Herausforderungen 9 1.2 Forschungsfragen 14 1.3 Gliederung der Arbeit 17 2 Stand von Wissenschaft und Praxis 19 2.1 Stand der Forschung 19 2.1.1 Nationale Beiträge 19 2.1.2 Europäische und internationale Beiträge 21 2.1.3 Zusammenfassung der Forschungslage 24 2.2 Stand der nationalen Praxis 26 2.2.1 Management von Hochwasserrisiken 26 2.2.2 Bauvorsorge als Strategie zur Minderung hochwasserinduzierter Schäden an Gebäuden 30 2.2.3 Allgemein anerkannte Regeln der Technik 37 3 Hochwasserangepasste Bauweisen 39 3.1 Überblick 39 3.2 Schadensbilder 40 3.3 Verhalten üblicher Wandbaustoffe bei Hochwassereinwirkung 43 3.3.1 Überblick 43 3.3.2 Natursteine 46 3.3.3 Ziegel und andere keramische Produkte 47 3.3.4 Zement- und kalkgebundene Baustoffe 48 3.3.5 Gipsgebundene Baustoffe 51 3.3.6 Dämmstoffe 51 3.3.7 Holz und Holzwerkstoffe 52 3.3.8 Metalle und Gläser 53 3.4 Verhalten von Wandkonstruktionen bei Überflutung 53 4 Vorgehensweise 61 4.1 Methodisches Gesamtkonzept 61 4.2 Verfahren zur Analyse des Feuchteverhaltens 62 4.2.1 Überblick 62 4.2.2 Numerische Simulationsverfahren 63 4.2.3 Empirische Verfahren 66 4.3 Verfahren zur multikriteriellen Bewertung von Konstruktionslösungen 67 4.3.1 Überblick 67 4.3.2 Nutzwertanalyse 69 4.3.3 Analytisch-hierarchischer Prozess 72 4.3.4 Nutzen-Kosten-Untersuchungen 76 5 Untersuchungsgegenstand 79 5.1 Abgrenzung 79 5.2 Regelquerschnitte üblicher Außenwandkonstruktionen im Wohnungsbau 86 5.2.1 Einschaliges Mauerwerk aus traditionellen Vollziegeln 86 5.2.2 Einschaliges Mauerwerk aus Leichthochlochziegeln 88 5.2.3 Einschaliges Mauerwerk aus Porenbeton-Plansteinen 90 5.2.4 Einschaliges Mauerwerk aus Planhochlochziegeln mit integrierter Wärmedämmung 92 5.2.5 Einschaliges Mauerwerk aus Leichtbeton-Hohlblöcken mit außenliegender Wärmedämmung 94 5.2.6 Einschaliges Mauerwerk aus Hochlochziegeln mit außenliegender Wärmedämmung 96 5.2.7 Einschaliges Mauerwerk aus Hochlochziegeln mit vorgehängter hinterlüfteter Fassade 98 5.2.8 Zweischaliges Sichtmauerwerk aus Kalksandstein mit Kerndämmung 100 6 Labortechnische Analyse des Feuchteverhaltens 103 6.1 Ziele und Beschreibung des Verfahrens 103 6.2 Abgrenzung der betrachteten Einwirkungen 105 6.3 Versuchsanordnung 107 6.4 Versuchsdurchführung 109 6.5 Gravimetrische Feuchtemessung 112 6.6 Feuchteprofile 115 6.7 Wasserdurchlässigkeit 124 6.8 Interpretation der Versuchsergebnisse 126 7 Beurteilung der Schadensanfälligkeit 147 7.1 Ziele und Beschreibung der Verfahren 147 7.2 Kriterien und Indikatoren 148 7.3 Statisch-konstruktive Kriterien 150 7.3.1 Übersicht 150 7.3.2 Druckfestigkeit 152 7.3.3 Querzugfestigkeit | Scherfestigkeit 155 7.3.4 Haftzugfestigkeit | Haftscherfestigkeit 161 7.4 Bauphysikalische Kriterien 167 7.4.1 Übersicht 167 7.4.2 Wasseraufnahmeverhalten 169 7.4.3 Wasserdurchlässigkeit 173 7.4.4 Dimensionsstabilität 175 7.4.5 Wärmeleitfähigkeit 177 7.4.6 Trocknungsverhalten 181 7.5 Kriterien der Bauweise 184 7.5.1 Übersicht 184 7.5.2 Erreichbarkeit und Demontierbarkeit 185 7.6 Dauerhaftigkeit 187 7.6.1 Übersicht 187 7.6.2 Mikrobiell induzierte Korrosion 189 7.6.3 Elektrolytische (Metall-)Korrosion 193 7.7 Bestimmung der Gewichtungsfaktoren 194 7.8 Nutzwertanalyse 196 7.9 Zusammenfassung der Bewertungsergebnisse 205 8 Baukonstruktive Optionen 209 8.1 Optionen für einschaliges Mauerwerk ohne außenliegende Wärmedämmung 209 8.2 Optionen für einschaliges Mauerwerk mit außenliegender Wärmedämmung 212 8.3 Optionen für zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung 218 9 Zusammenfassung und Ausblick 221 9.1 Beantwortung der Forschungsfragen 221 9.2 Ausblick 226 10 Glossar 233 11 Literatur- und Quellenverzeichnis 241 11.1 Monographien und Aufsätze 241 11.2 Normen und Richtlinien 255 11.3 Produktdatenblätter 257 11.4 Bilder 257 Anlage A1 263 Anlage A2 265 Anlage A3 267 Anlage A4 269 Anlage A5 271 Anlage A6 273 Anlage A7 275 Anlage A8 27