Beitrag Bossert/Ožbolt/Grassegger

Finite-Element Modellierung des Einflusses von Kunstharzbehandlungen auf Naturstein in der Konservierung von Baudenkmälern am Beispiel eines verwitterten, heterogenen Sandsteins.

J. Bossert, J. Ožbolt, G. Grassegger

ZUSAMMENFASSUNG:.

An kunstharzgetränkten Steinobjekten liegen nur sehr wenige theoretische oder mechanische Berechnungen zur Auswirkung der Harzfestigungen vor, die häufig als Konservierungsmethode eingesetzt werden. Es wurden in der Regel nur experimentelle Kennwerte ermittelt. Aus diesem Grunde wurde mit dem FE-Programm MASA der Einfluß von porenfüllenden Kunstharzbehandlungen auf Naturstein, aufbauend auf mechanische Literaturwerte und eigene Messdaten für einen Mustersandstein berechnet. Das FE-Programm baut auf dem „Microplane“ Modell auf und nutzt den Ansatz der verschmierten Risse. Hierfür wurden als geometrische Randbedingungen ein typisches Segment aus einer geschädigten Skulptur verwendet, das als Schädigungsprofil Schalenbildung, Absanden, Risse usw. bis hin zum gesunden Kern aufwies. Dieses wurde in FE-Elemente mit jeweils unterschiedlichen Materialeigenschaften, auf Grund der unterschiedlichen Schädigung und des Harzanteils, zerlegt. Variiert wurden dann äußere Belastungen wie Temperatureinfluß und Temperaturwechsel, die mechanischen Mischeigenschaften des „Verbundstoffes“, sowie die geometrischen Randbedingungen, bis hin zu stark gegliederten Oberflächen mit einspringender Geometrie. Die Ergebnisse der ersten Berechnungen zeigen, daß bei sehr großen Materialheterogenitäten, hier speziell bei Rißfüllungen mit Harz und sehr ungünstigen Klimabedingungen, wie extreme Temperaturwechsel, Spitzenspannungen bis zu Rissen auftreten könnten. Weitere Schwachstellen sind komplexe, feingliedrige Geometrien und vermutlich häufige klimatische Wechselbelastungen. Bei normalen Temperaturbelastungen und fließenden Übergängen von Eigenschaften waren keine Probleme zu beobachten.

 


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