Meßeinrichtungen und Messungen an der Gewölbesperre Dobra [1. Aufl.] 978-3-7091-4496-1;978-3-7091-4495-4

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Zweck und Art der Messungen (Hans Petzny)....Pages 3-7
Die Messeinrichtungen (Hans Petzny)....Pages 7-21
Messungsergebnisse (Hans Petzny)....Pages 21-47
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DIE TALSPERREN • • STERREICHS

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VON DER OSTERREICH ISCH EN STAU BECKEN KOMMISSION UND DEM ÖSTERREICHISCHEN WASSERWIRT' SCHNTSVERBAND WIEN' SCHRIr:TLEITUNG: PROj:·DR· HERMANN GRENGG SCHRI~TENREIHE/HERAUSGEGEßEN

HEFT6 Dr.]ng.Hans PetJny

MeßeinrichtungeJll und Messungen an der uewölbesperre Dobra

WIEN 1957 . IM SELBSTVERlAO DES OSTERREICHISCHEN WASSERWIRTSCHAITSVERBANDES

DIE TALSPERREN ÖSTERREI CHS

Dr.Jng.HaJll5 PetJJIlY

MeßeinrichtungeJII und Messungen an der aewölbesperre Dobra

SPRINGER-VERLAG WIEN GMBH 1957

ISBN 978-3-7091-4496-1 ISBN 978-3-7091-4495-4 (eBook) DOI 10_1007/978-3-7091-4495-4

Übersicht I. ) Zweck und Art der Messungen II. ) Die Messeinrichtungen und Instrumente III. ) Ergebnisse der Messungen I.)Zweck und Art der Messungen Wenn auch die sorgfältigeProjektierung und die Einhaltung der massgebendenVorschriften den sicheren Bestand eines Bauwerkes - in unserem Falle einer Talsperre - nach menschlichem Ermessen gewährleistet, ist die Kontrolle des fertigen Objektes erforderlich, um die Güte der Ausführung und die der Berechnung zu Grunde gelegten Annahmen zu überprüfen. Nicht minder wichtig ist die ständige Beobachtung des Verhaltens des Bauwerkes bei verschiedenen Belastungsfällen, um daraus im Vergleich mit den Berechnungsergebnissen Rückschlüsse auf den jeweiligen Zustand des Objektes ziehen zu können. Neue Methoden für die Berechnung von Talsperren ermöglichen, je nach dem Rechnungsaufwand, eine genaue Bestimmung der Deformation des Bauwerkes; jedoch beruhen diese Ermittlungen auf Annahmen, die eine genaue Kenntnis der Materialeigenschaften und des Verhaltens des Untergrundes voraussetzen. Nur durch zahlreiche Versuche sowie langjährige Beobachtungen und Messungen am fertigen Bauwerk wird es möglich, die Richtigkeit der Bemessungsgrundlagen zu überprüfen und diese Erfahrungen für dieProjektierung neuer Anlagen zu verwenden. Die am fertigen Bauwerk gemessenen Verformungen sind den verschiedensten Einflüssen unterworfen und es wird nicht leicht, den Einfluss, den die Berechnung gerade zu berücksichtigen gestattet, aus dieser Vielfaltherauszuschälen und zum Vergleich heranzuziehen; denn neben der Belastung durch Wasserdruck, Sohlenwasserdruck, Eigengewicht, eventuell Gebirgsdruck, bewirken Temperatureinflüsse, elastische und plastische Nachgiebigkeit des Untergrundes, Schwinden und Kriechen des Betons, massgebliche Verformungen des Bauwerkes. Daraus erkennt man schon, dass nicht nur ein e Messung, ein e Beobachtungsart genügen kann, um alle Einflüsse auf das Talsperrenobjekt zu erfassen und rechnerisch abzuklären, sondern, dass eine ganze Reihe sinnvoll ineinandergreifender Beobachtungen und Messungen dazu notwendig ist. Es ist nun Aufgabe des planenden Ingenieurs, die Art der Messungen und die Zahl der Beobachtungen nach der Grösse des Bauwerkes so zu wählen, dass eine sichere Beurteilung der Messergebnisse möglich wird. Andererseits soll aber der Aufwand für diese Einrichtungen der Bedeutung des Objektes angemessen sein. So bedarf wohl jede Talsperrenart ihrer besonderen, eigenen Art der Beobachtung. Jene der Sperre Dobra soll im Nachfolgenden beschrieben werden. 3

Abb.1

Grundriss der Sperre mit Blockeinteilung

Die Talsperre Dobra ist eine 52 m hohe Gewölbesperre von 220 m Kronenlänge mit einem Radius von 106,5 m an derWasserseite, von 2,40 m Kronenbreite und 20 m Fussbreite und besteht aus 90.000 m 3 Beton, welcher mit 240 kg Bindemittelgehalt ( Zement und Trass) eingebracht wurde. Das Gewölbe ist in 16 m breite Baublöcke unterteilt, deren Fugen durch Zementauspressungen verbunden und durch Schubdübel an gegenseitigen Verschiebungen gehindert sind. Besonders die letzten rechtsufrigen Baublöcke sind ausserdem durch Bewehrungseisen zu einem massiven Widerlagerblock miteinander verbunden, der tief im Hangfelsen fundiert ist. Die Staumauer ist im kristallinen Gneismassiv gegründet, dem ein Elastizitätsmodul, halb so gross wie jener des Betons, zugemutet wird. Das Gebirge musste sorgfältig und ausgiebig durch einen Injektionsschleier abgedichtet werden und ist in der Maueraufstandsfläche durch Kontaktinjektionen verfestigt worden. Die Sperre ist wasserseitig von einem Kontrollgang längs der Gründungssohle durchzogen, von welchem ein Kontrollschacht bis zur Krone des Blockes 11 führt, in dem die wichtigsten Messeinrichtungen untergebracht sind. Massgebend für die auftretenden Verformungen des Mauerkörpers ist die Te m per at ur desselben, daher stellt deren Kenntnis, verm ittelt durch eine ausreichende, verlässliche Messung innerhalb und ausserhalb der Mauer, 4

einen wesentlichen Faktor für die Beurteilung aller Deformationsmessungen dar. Ohne gleichzeitige Temperaturmessung kann die richtige Beurteilung anderer Messergebnisse unmöglich werden.

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T21 T22 -

T 20

MlTIf 150, 035 ' 010 '

- 010 m - 035 • - 150 · T10 Tl1 T15 - MlTTf T12 - 150' T I!> - 035' T14 - 010'

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Abb.5

Anordnung der Messstellen

Die Anordnung der Messstellen im Querschnitt erfolgte so, dass im unteren Horizont, inHöhe 393,12, alle 4 Thermometer tief im Mauerinneren eingebettet wurden, um hier die Grösstwerte der Abbindetemperaturen, den geringen Ausseneinfluss und das langsame Abströmen der Wärme beobachten zu können. Letzterem Zwecke dienen auch zwei an der Sohle eingelegte Thermometer. Nach anderem Prinzip erfolgte die Anordnung der Messstellen in den Horizonten 407 und 420, in dem 12 mund 8 m starken Mauerquerschnitt. Dort ist nur eine Messstelle inMauermitte angeordnet, hingegen sind sowohl wasserals auch luftseitig Thermometer in 10 cm, 35 cm und 150 cm Abstand von der Aussenseite verlegt, damit ausser dem einmaligen Abgang der Abbindewärme späterhin das mehr oder weniger tiefe Eindringen von Kältewellen bzw. Wärmewellen der Aussentemperatur und der zeitliche Ablauf dieses Vorganges er9

mittelt werden kann. Die Abstände von der Oberfläche wurden an Luft- und Wasserseite gleich gross gewählt, um einen direkten Vergleich des Wärmeüberganges von Luft oder von Wasser in den Beton zu erhalten. In der Mitte der Kalotte des Hochwasserüberfalles wurde ein Thermometer versetzt, welches von drei Seiten den Einflüssen der Aussentemperatur ausgesetzt ist. Nicht weit davon, in einer Nische der Seitenwand des Hochwasserüberfalles, wird mit einem frei in den Luftraum ragenden Widerstandsthermometer die Temperatur der über die Sperrenkrone streichenden Luft gemessen. Abgesehen von dem Ausfall zweier Messstellen durch mechanische Beschädigung während des Baues hat die Anlage während der 4 Betriebsjahre allen Anforderungen entsprochen. b) Pendellotmessungen Für die Pendellotmessung im Hauptquerschnitt wurde die Koordimetermessung nach Huggenberger gewählt und der Apparat dieser Firma im Block 11 der Sperre eingebaut. Obzwar die Symmetrieachse der Sperre durch den Block 10 geht und die Durchbiegungsberechnungen für diesen Querschnitt aufgestellt wurden, und es naheliegend gewesen wäre, dort dasMessprofil einzurichten, wurde aus praktischen, messtechnischenGründen der Nachbarblock 11 für diese Messeinrichtung bestimmt; in diesem Block war es nämlich möglich, den notwendigen, senkrechten Kontrollschacht bis auf die Kronenhöhe 438 zu führen und den Ausstieg gedeckt und geschützt in das kleine Häuschen auf der Sperrenkrone münden zu lassen, was im Block 10 wegen des Hochwasserüberfalles nicht möglich gewesen wäre. Dadurch konnte auch der Lotaufhängepunkt, also der oberste Messpunkt dieses Profiles bis auf die Höhe 436 in den durchbiegungsempfindlichsten Teil der Sperre gelegt werden. Die anderenMesspunkte bzw. Klemmen für den Lotdraht liegen in Höhe 422 und 408, so dass die Bieglinie dieses Profiles durch 4 Punkte bestimmt ist. Der Kontrollschacht von elliptischem Querschnitt 80/100 cm liegt nur 1,80 m von der Wasserseite, im Bogenradius 104,70 also nur 30 cm von der theoretischen Bogenachse entfernt, so dass die Vergleichsmöglichkeiten der Messung in dieser Achse mit den rechnungsmässigen Ergebnissen für R = 105,00 m günstig sind. Der mit Steigleitern versehene, unausgekleidete Kontrollschacht erreicht auf Höhe 389,90 den Boden des unteren Kontrollganges und geht unterhalb dieses in einen gepanzerten Schacht von 100 cm Durchmesser über, dessen wasserdicht eingeschweisster Boden auf Höhe 378,00, also 10m tief im Felsen des Untergrundes liegt. In einer Seitennische dieses Schachtes, inHöhe 378,80, ist das Koordimeter untergebracht, woselbst auch die Ablesungen erfolgen. Bei diesem Gerät, dem Koordimeter von Huggenberger. werden zwei leicht bewegliche Zeiger, deren Drehpunkte an den Enden einer Basisstrecke von300mlT' liegen,in der Kreuzungsstelle vom gespannten Lotdraht bewegt. Die Bewegung der Zeigerenden kann an einem Millimetermassstab mittels Nonius auf 1/20 mm genau abgelesen werden. Die Ablesung wird sehr erleichtert, wenn die Massstäbe, über welche die Instrumentenzeiger gleiten, direkt beleuchtet werden. Dabei werden die Zeiger durch Gegengewichte stets an den Lotdraht schwach angedrückt. Um Anrostungen, besonders jener Stelle des Lotdrahtes, an welcher die Zeiger gleiten, zu verhindern, ist der ganze Mechanismus mit der Anzeige in einem wasserdichten Gehäuse untergebracht. Die bewegliche. jedoch gegen aussen luftdichte Durchführung des Lotdrahtes wird derart bewerkstelligt, dass an dem Draht oberhalb und unterhalb des Gehäuses eine Glocke anschliesst,welche in ein Ölbad taucht und so den Luftzutritt in das Gehäuse verhindert, die Bewegung des Drahtes jedoch nicht.

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Abb.6

Mauerquerschnitt mit Lotanlage Koordimeter-Messung im Block 11

Das den Lotdraht spannende Gewicht soll mit Rücksicht auf die zu überwindende Reibung an den Zeigern gross sein; gewählt wurde 200 kg. Auch trägt ein grosses, im Ölbad frei schwebendes Gewicht sehr zur Beruhigung der Pendelschwingungen bei, noch mehr aber dämpfen die an dem Gewicht angebrachten Flügel diese Bewegungen. Letztere entstehen, wenn nicht schon durch Luftbewegungen im Schacht, dann bestimmt beim Umklemmen des Lotdrahtes in den einzelnen Klemmstellen. Ein Schutz des Lotdrahtes durch eine halbkreisförmige Blechröhre hat sich bewährt, vermindert die Schwingungen und verkürzt die Beobachtungszeit.

Der Einbau des Koordimeters erfolgte zweckentsprechend so, dass die Basis mit den zwei Enddrehpunkten der Zeiger normal zur Hauptdurchbiegungsrichtung zu liegen kommt, mit dem Vorteil, dass die Genauigkeit der Messung und Berechnung hierfür am grössten wird. 11

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GEWICHT IM Oi8,Ap

Abb.7

Koordimeter im Schnitt

Aus den Ablesewerten wird unter Zugrundelegung der Dreiecksformel für bekannte Basislänge und die bekannten, durch Messung bestimmten, anliegendenDreieckswinkel der Zeiger, die Lage bzw. die Verschiebung der Drei ecksspitze gegenüber einer Nullstellung bestimmt und in die Komponenten der radialen und tangentialen Verschiebungsrichtungen zerlegt. Die Berechnung vereinfacht sich wesentlich, wenn die beiden Zeiger in dieser bezogenen Nullstellung mit der Basisstrecke einen Winkel von 45 0 einschliessen, was durch richtige Montage des Instrumentes erreicht werden kann. dann:

12

Die vorangezogene Berechnung der Verschiebungskomponenten ergibt

x

in tangentialer Richtung

y=

(ä l +ä 2 )+2 ·ä l ·ä 2

c

r

c

r (ä 2 r 2- ä l .

=2

in radialer Richtung

2

r 2 - äl . ä2

ä1) ä2

Darin bedeutet ä1 und ä2 jeweils den Unterschied zweier Ablesungen ä1 a1 - a1 0 , wobei letztere a1° die Ablesung in der vorerwähnten Nullstellung des Instrumentes ist. Ferner ist c die Basislänge, r die Zeigerlänge, beides Konstante des Instrumentes. Zur Vereinfachung und raschen Auswertung der Messergebnisse bestehen auch Nomogramme und stehen tabellarisch-graphische Darstellungen zur Verfügung. Die Genauigkeit der Messung beträgt 0,05 mm. Der Messbereich liegt je nach der Instrumententype bei 35 mm und 50 mm, wobei beim Einsatz des Instrumentes zu beachten ist, dass der Lotdraht von vornherein nicht in der Mitte dieses Messbereiches liegen muss, sondern je nach dem, ob die Mauer schon belastet ist oder nicht, auf jene Seite hin eingebaut werden soll, nach welcher die geringere Durchbiegung zu erwarten ist. Eine Reinigung und Ölung der empfindlichen, beweglichen Teile des Koordimeters ist von Zeit zu Zeit notwendig. In der Sperre Dobra wurde im dritten Beobachtungsjahr, da der Messbereich des Instrumentes überschritten wurde und ein Um klemm en der ganzen Anlage nicht beherrschbare Fehlerquellen ergeben hätte, diese Koordimeterablesung durch eine Koordiskopablesung mit gros sem Messbereich und die optische Messung ersetzt. c) Optische Pendellotmessung Diese optische Methode ( nach Dr. Petzny) der Bestimmung der Lotdrahtverschiebungen wurde in der Sperre Dobra zuerst im Kontrollschacht des Widerlagerblockes eingerichtet, dann wurde dieser Messapparat in den Block 11 an Stelle des Koordimeters versetzt. Die Methode besteht darin, dass durch ein geeignetes Objektiv der Schatten des Lotdrahtes auf die gegenüberliegende Wand des Schachtes, auf zwei übereinander angeordnete Massstäbe projeziert wird und die Ränder des Schattens auf diesen Massatäben abgelesen werden. Durch die geringe Entfernung des Lotdrahtes vom Brennpunkt des Objektives und die grössere Entfernung der Messstelle (Massatäbe) von diesem, wird die Bewegung des Lotdrahtes im Schattenbild entsprechend vergrössert. Im Falle Dobra beträgt diese Vergrösserung entsprechend der Schachtgrösse und der Wahl des Objektives 1 : 10 in radialer bzw. 1 : 13 in tangentialer Bewegungsrichtung. Es können daher bei einer Ablesegenauigkeit des Drahtschattens am MiUimetermassatab von 1/2 mm, Lotdrahtverschiebungen bis 1/20 mm beatimmt werden. Durch Mittelwertbildung aus den 4 Ablesungen des Drahtschattenrandes an den versetzten Massatäben wird der Genauigkeitsgrad noch gesteigert. Diese Genauigkeit ist bei einfacher Optik im Messbereich von :t 3 mm gegeben, bei grösseren Auslenkungen treten durch die Ver schwenkungen des Lichtstrahles und die schiefe Projektion des Lotdrahtschattens geringe Verzerrungen ein. Durch eine Eichung d. i. einen Verglekh von erzwungenen, mit der Messuhr bestimmten Lotdrahtverschiebungen mit den gleichzeitigen Drahtschattenablesungen wurde sowohl das Vergrösserungsverhältnis als auch dieGenauigkeitsgrad der Messung bestimmt. Eine Kontrolle der Ablesungen ist auch dadurch gegeben, dass an zwei gegeneinander versetzten Massatäben abgelesen wird, denn es muss auf beiden Massatäben die Drahtschattenbreite gleich sein und die Ablesungen müssen um denselben Betrag der Massstab-Versetzung differieren. Ist dies nicht der Fall, liegt eine Fehlablesung vor oder wurde bei noch schwingendem Lotdraht abgelesen. Um diese Schwingungen des Lotdrahtes rasch abzudämpfen, iat auch in diesem Falle das im Ölbad schwebende Lotgewicht mit Flügeln versehen.

13

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Abb.B System der Lotdraht-Schattenmessung

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Abb.9 Optischer Messapparat im Schnitt

Das Instrument selbst enthält als Lichtquelle eine starke Glühbirne, deren Lichtstrahlen durch eine zwischengeschaltete Mattscheibe diffusiert werden und über das Objektiv eine scharfe Schattenbildung erzeugen. Gleichzeitig bewirkt die genügend stark gewählte Glühbirne eine Lufterwärmung und damit einen geringen Luftzug vor dem Objektiv und verhindert so das unangenehme, die Messung verzögernde Anlaufen der Linsen in dem mit Feuchtigkeit gesättigten Luftraum des Kontrollganges bzw. Schachtes. Die Lebensdauer des Apparates ist bei solider Ausführung unbegrenzt, da keine beweglichen Teile vorhanden sind. Lediglich den Lotdraht muss man von Zeit zu Zeit im Bereich des Instrumentes reinigen, um etwa anhaftenden Rost zu beseitigen und scharfe Schattenränder zu erzielen.

Das Instrument wurde für die Messungen im Block 17 zweidimensional gebaut und eingesetzt, kann aber im Block 11 wegen der Enge des Schachtes 14

ur eindimensional mit dem Übersetzungsverhältnis 1 : 12 verwendet werden. Durch die Klemmeinrichtungen des Lotdrahtes in diesem Schacht kann auch mit diesem Apparat die Biegelinie des Messprofils bestimmt werden. d) Deformetermessungen Der zur Verwendung stehende Deformeter (nach Huggenberger) gestattet die genaueste Distanzmessung zweier Punkte. Das Instrument besteht aus zwei Invarstäben mit je einer Messspitze; die Stäbe sind so miteinander durch Federn verbunden. dass nur Längsverschiebungen möglich sind; diese werden auf eine eingebaute Messuhr übertragen und können auf 1/1000 mm genau abgelesen werden. Durch die Wahl einer bestimmten Länge des Taststabes der Messuhr und Herstellung aus einem Material mit bestimmtem Ausdehnungsmass ist es möglich, den Einfluss der Temperatur auf das Instrument selbst auszuschalten.

Abb.1D

Deform eter -Ansicht

Die Messlänge des verwendeten Instrumentes beträgt 254 mm, der Messbereich T 15 mm. In erstgenannter Entfernung werden auch die Messbolzen versetzt. Diese Bolzen erhalten in ihrem oberen, aus dem Beton herausragenden Teil, eine kegelförmig ausgeschliffene Ausnehmung, in welche die Kegelspitze des Instrumentes genau hineinpasst. Durch geringes Andrücken des Instrumentes erfolgt eine genaue Zentrierung des Messstiftes im Messbolzen. Dies setzt eine genaue Lage bzw. Versetzung der Bolzen mittels einer Lehre und unbedingte Reinheit der kegelförmigen Ausbohru·ng in den Bolzenköpfen voraus, weshalb diese durch abschraubbare Muttern vor Verunreinigung geschützt werden müssen. Eine gründliche Reinigung vor der Messung ist am Platze.

Vor der Messung des Bolzenabstandes kann der Abstand der Messstifte des Instrumentes an einem Invarstab mit 254 mm Bohrlochabstand überprüft werden und mit dieser "Basisstrecke" die Messstrecke verglichen werden, wodurch auf eine temperaturunabhängige Basis bezogen wird. Wenn man aber als Basisstrecke zwei Bolzen im Abstand von 254 mm verwendet, welche in demselben Material versetzt sind, aus welchem die Messstrecke besteht, so kann man den Einfluss der Temperatur auf die Messung ausschalten, indem man diese auf die Länge dieser Basisstrecke bezieht. 15

Deform eter - Bolzen I

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Abb.l1 lineare Messung

Abb.12 Messung im Dreieck

Nach diesem Prinzip wurden auch alle Fugenspaltmessungen an der Betonoberfläche eingerichtet, da dort der starke Temperatureinfluss das Ergebnis der Fugenspaltbeobachtung verfälschen würde. Da die Messuhr Zollteilung besitzt und die Basisstrecke 254 mm beträgt, also ein Vielfaches der Anzeige, so kommt die prozentuelle Änderung der Strecke in der Ablesung selbst zum Ausdruck. Eine Erweiterung dieser Art der Messung in zwei Richtungen wird dadurch erreicht, dass die Messbolzen in Dreieckform angeordnet werden, so dass zwei derselben auf der einen Seite der zu messenden Fugen liegen und der dritte auf der anderen Seite des Fugenspaltes. Damit liegt die Basisstrecke "b" in demselben Material wie die Messstrecken "ma" und "me" und es kann die Messung vom Temperatureinfluss unabhängig gemacht werden. Wenn stets auf diese Basisstrecke bezogen, d. h. für die Berechnung nur die Differenz zwischen Messstrecke und Basisstrecke berücksichtigt wird, so erhält man auf rechnerischem Wege, unter Benützung der Dreieckformel aus dem gleichseitigen Dreieck die Verschiebungsgrösse: d

mc - b

= cos (60 - ~)

dx

=d

ma - b cos ( 120 -[:I) dy = d . cos

. sin ~

~

und die Komponenten

Wird die Basisstrecke "b" parallel zur Fuge gelegt, so gibt dx die Änderung des Fugenspaltes. Der Hilfswinkel t

(-l

gl"

=

~

wird darin aus den Messditferenzen bestimmt :

0 576 (me - b) + ( ma - b) ' ( mc - b) - ( ma - b)

Für eine rasche Bestimmung der Änderung der Fugenspaltöffnung z. B . während des Fugenauspressens, wenn es nur auf die Bewegung in einer Richtung ankommt, kann die Bestimmung der Fugenöffnung ohne Berücksichtigung des Temperatureinflusses auf einfache Weise vorgenommen werden unter direkter Benützung der Ablesungen in Zoll, und zwar:

16

dx = ma; mc . 0,866 in Zoll = 1,1 (ma + mc) in mm Wenn sich diese Messungen dennoch auf längere Zeit erstrecken sollten, kann mit einigen gemessenen Basisstrecken "b" der Temperatureinfluss nachträglich eliminiert werden. Werden diese Werte der relativen Fugenspaltmessungen zu Zeiten extremer Fugenöffnungen an eine absolute, rohe Messung der Fugen angeschlossen, so erhält man durch Ausgleich verschiedener Messungsergebnisse auch absolute Ergebnisse. Ausser für die Fugenmessung wurde dieses Instrument auch im Betonlaboratorium für Schwind- und Dehnungsmessungen verwendet; es ist in seiner Handhabung sehr einfach, doch soll die Messung tunliehst in einer Hand liegen, da das gefühlsmässige Einsetzen und Andrücken des Instrumentes an die Bolzen für den Genauigkeitsgrad der Messung entscheidend ist. e) Trigonometrische Messungen Die trigonometrische Bestimmung der horizontalen Mauerverformung wurde von Rat d. VD Dipl. Ing. J. Mit t er vom Bundesamt für Eich-und Vermessungswesen eingerichtet und durchgeführt. Dieses in der Schweiz entwickelte Verfahren besteht bekanntlich in der Ermittlung der Richtungsdifferenzen zwischen zwei zeitlich und dem Mauerzustand (Belastung, Temperatur) nach verschiedenen Lagen der über die Luftseite der Sperre verteilten Messmarken von mehreren festen und günstig gewählten Standpunkten aus. Die Bestimmung der wahrscheinlichsten Werte der Verschiebungsvektoren der einzelnen Messmarken erfolgt nach einem kombinierten rechnerisch - graphischen Verfahren. Für die Verteilung der MeRsmarken wurden folgende radiale Mauerprofile gewählt : in der Mauerachse (Block 10), in den Viertelpunkten der Mauer (Blöcke 6 und 14), ferner zur Kontrolle der Pendellotmessungen in der entsprechenden Radialebene im Block 11. Im drittenBetriebsjahr wurde dasMarkensystem noch durch je einen Bolzen in den Blöcken 8,4 und 16 erweitert, um einen besseren Einblick in die Mauerbewegungen in der Nähe der Widerlager zu gewinnen. Der Hauptbolzenhorizont (424,00 m) wurde so gewählt, dass er mit einer Bogenlamelle der statischen Berechnung zusammenfällt. (Abb.13)

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o Abb.13

6.

AllfIBQLIM ,Iif PIR LNr/l1f1

Maueransicht von der Luftseite. Anordnung der Messbolzen

17

Als Messmarken wurden Mauerbolzen, System Lös c h n e r mit konzentrischen schwarz - weissen Kreismarken verwendet und mit der Zieltafel lotrecht und etwas in die schräge Mauerfläche eingelassen, versetzt (siehe Detail Abb. 13 rechts unten). Diese Art der Versetzung bewährte sich jedoch nicht, da sich in den Nischen leicht Schmutz und Schnee festsetzen. Es ist daher besser, die Bolzen aus der Mauerfläche herausragen zu lassen. Eine Hauptvoraussetzung für die Anwendbarkeit der trigonometrischen Methode ist die absolute Stabilität der Beobachtungspfeiler. Sie sollen einerseits aus geometrischen Gründen so liegen, dass sie günstige Schnitte an den Bolzen bei möglichst kurzenVisurlängen ergeben und andererseits ausserhalb der durch die Kraftflusswirkung in den Widerlagern noch beeinflussten Geländezone liegen. Das notwendige Pfeilernetz (Abb. 14) wurde zum Teil bereits während des Baues der Sperre errichtet (Pfeiler I, H, Irr und IV) und zu Absteckungsarbeiten und zur Schalungseinrichtung verwendet. Um vor allem die Mauerbewegungen in der Nähe der Widerlager besser erfassen zu können, wurden 1955 drei weitere Beobachtungspfeiler (Pfeiler V, VI und VII) errichtet, während der in der Talsohle gelegene Pfeiler II 1954 durch eine Hangrutschung zerstört und - da er ohnehin ungünstige Messverhältnisse aufwies - aufgelassen wurde. Die Erweiterung des Pfeilernetzes trug wesentlich zu einer Genauigkeitssteigerung der gesamten M~ssungen bei, da sie für jeden Messbolzen zusätzliche überschüssige Beobachtungen ergab und damit eine gewisse Erkennungs- und Sichtenauswahlmöglichkeit bei Störungen durch Seitenrefraktionseinflüsse schuf. Als weitere Verbesserung ergab sich damit die Möglichkeit der gegenseitigen Lagekontrolle der eng stehenden Pfeiler als Versicherung gegen Eigenbewegungen. Es ist hier besonders auf das Diagonalenviereck der Pfeiler III, IV, VI und VII zu verweisen, das eine sich voll kontrollieremde Punktgruppe darstellt, in der der besonders sichere Pfeiler IV nur mehr Versicherungszwec ken dient. Zur Frage der Mess- und Sichtverhältnisse ist folgendes zu bemerken. Die günstigen Verhältnisse herrschen für die in zwei Drittel der Talhöhe liegendenPfeiler I und Irr, da die von ihnen ausgehenden Visuren relativ flach und immer in dem, meteorologisch gesehen, homogeneren Luftraum vor der Luftseite der Mauer verlaufen. Es ist von Wichtigkeit, auf das Auftreten von zeitlich begrenzten Seitenrefraktionseinflüssen hinzuweisen, die mehrfach eindeutig nachgewiesen werden konnten und ihre Ursache in anormalen thermischen Schichtungen des Luftkörpers vor den oberen Mauerteilen hatten. Sie traten als Folgen von plötzlichen Wetteränderungen, z. B. bei kaltem Westwindeinbruch und Temperaturdifferenzen zwischen der bewegten Luftmasse oberhalb der Mauer und der ruhigen Luftmasse im Windschatten der Mauer auf; eine Grenzfläche verlief schräg von der Mauerkrone nach abwärts. Die allgemein günstigsten Messbedingungen herrschten an bedeckten und windstillen Tagen. Bei Schönwetter musste in der Pfeilerbeobachtung eine bestimmte Reihenfolge eingehalten werden, um das störende Flimmern herabzusetzen. Die Messungen wurden mit dem Präzisionstheodolit (Type T3) der Fa. Wild Nr.18706 mit Zwangszentrierung mittels Freiberger Kugel ausgeführt. Die Pfeiler sind für die Aufnahme der Zentrierkugel mit entsprechenden Zentrierbolzen (Kappen-) versehen. Die Signalisierung der Pfeiler, die untereinander gleichzeitig als Orientierungspunkte gelten, erfolgte mittels zwangs-

zentrierten horizontierbaren Zieltafeln mit Zielmarken analog den Mauerbolzen. 18

Abb.14

Trigonometrische Deformations-Messungen. Messpfeiler und Vi suren 19

Die Richtungsbeobachtungen wurden auf jedem Standpunkt in zwei vollen Sätzen unter Einbeziehung aller möglichen Orientierungs- und Lagekontrollrichtungen ausgeführt. Um von eventuellen Kreisteilungsfehlern des Instrumentes unabhängig zu bleiben, wurden die einzelnen Sätze bei jeder Deformationsmessung an den gleichen Kreisstellen gemessen. Jede Messmarke wurde grundsätzlich von allen Pfeilern von denen aus sie zu sehen war, beobachtet. Auf die Genauigkeit der Ergebnisse und auf das Auftreten und die Grösse von äusseren Einflüssen wurde a 11 ein aus der Form und Grösse der imm er mehrfach überbestimmten Fehlerfiguren geschlossen. Bei normalen Witterungsverhältnissen ergab sich die durchschnittliche Unsicherheit des Verschiebungsvektors v sowohl der Länge als auch der Richtung nach mit m vl =m = ± 0,5 bis ± 1,0 mm bei Visurlängen bis 150 m. Diese Werte erlauben ang"e: sichts der Grössenordnungen der auftretenden Vektoren zwischen den zur Messung kommenden Extrem lagen der Mauer eine absolut eindeutige Aussage über die Mauerbewegungen. Eine komplette Deformationsmessung dauert einen vollen Arbeitstag (ca. 10 Stunden). Zur Beihilfe, vor allem bei den fortlaufend bei jedem Standpunktwechsel notwendigen Überprüfung der Einrichtung und Horizontierung der Signaltafeln, werden zwei eingearbeitete Messgehilfen benötigt. Da die Messungen, wie erwähnt, stark von den Witterungsbedingungen abhängen, können sie oft nicht an den Tagen, an denen Extremwerte der Durchbiegung erwartet werden, erfolgen. Die ursprünglich parallel zu den besprochenen Messungen vorgesehenen Alignementmessungen an zwei Bolzen: einer auf dem Überfall in der Sperrenachse, der andere auf einer Konsole in der Pendellotebene auf der Wasserseite mit den dazugehörigen Pfeilern Al N und Al S in der Richtung der Haupttangente, wurden nach dreimaliger Messung wegen der unbefriedigenden Resultate abgebrochen. Der Grund lag in der schlechten Signalisierbarkeit der Bolzen durch Stahlnadeln und in dem ungünstigen Verlauf der beiden stark geneigten und refraktionsgefährdeten Visierlinien. f) Was s e r s t a n d sm e s s u n gen Nicht zuletzt sei auch die Wasserstandsmessung erwähnt, schon wegen ihrer Bedeutung für die Wasserwirtschaft und für die Berechnung der Deformationskomponente aus Wasserlast. Sie besteht in einer Pegelmessung mit Fernmeldung, bei welcher der Schwimmer in einem 30 cm weiten Schacht der Sperre gleitet, der in 1/4 der Mauerhöhe durch ein zur Wasserseite schräg abfallendes Rohr mit dem Stausee in Verbindung steht. Diese Einmündung ist tief genug, um auch die bei abgesenktem Seespiegel raschen Schwankungen der Seeoberfläche durch Wind- und Wellenschlag so abzudämpfen, dass nur tatsächliche Spiegelschwankungen gemessen werden. Dagegen wird der Staudruck eines starken, gegen die Sperre streichenden Westwindes auf die Wasserrnasse registriert, welcher in einzelnen Fällen mit 2 bis 3 cm eingeschätzt werden konnte. Die Genauigkeit dieser Messung mit Fernübertragung liegt bei ± 0,5 cm und genügt vollauf für die Durchbiegungsrechnungen und die wasserwirtschaftlichen Erm ittlungen. g) Wasser- und Lufttemperaturmessungen Der Vollständigkeit halber seien auch diese Messungen, welche von der hydro Landesabteilung durchgeführt werden, erwähnt. Es sind dies Tiefenlotmessungen mit Max-Min-Thermometer im Stausee, welche etwa allmonat-

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lieh durchgef'ührt und mit den wasserseitigen Temperaturen der Staumauer verglichen werden. Ausserdem wird die Messung der Aussenlufttemperaturen an bevorzugten Stellen des Kamptales bei den Betriebsleitungen der Werke um 7,00 Uhr, 12,00 Uhr und 21,00 Uhr durchgeführt, welche zur Auswertung der Ausseneinflüsse auf die Mauer Verwendung findet. Die Kosten für die Einrichtung aller dieser Messungen, einschliesslich des Bauaufwandes, welcher für die Durchführung derselben notwendig war, wie z. B. die Abteufung des Pendelschachtes in den Fels und dessen Dichtung u. a. betrugen nicht einmal 1/2 % des Bauaufwandes für die Sperre und teilen sich folgendermassen auf: Für Temperaturmessungen.................. 180/0 für Pendellotmessungen .................•.. 43 0/0 für optische Pendelmessungen . . . . . . . . . . . . . •. 40/0 für Deformetermessungen ...............•... 40/0 für trigonometrische Messungen........•...•. 310/0 111. M e s s u n g s erg e b n iss e A) Temperatur-Beobachtungen Da die Temperatureinflüsse die Grundlage für die Beurteilung fast aller Deformationsbeobachtungen bilden, so müssen diese mehr als alle anderen Einflüsse untersucht und analysiert werden, erstens um die einzelnen Ursachen aus der Summe ihrer Wirkungen herauszuarbeiten, zweitens um durch die rechnerische Erfassung derselben Rückschlüsse auf Temperaturzustände ziehen zu können, die mangels einer Messeinrichtung nicht erfassbar waren oder die für bestimmte Zwecke (Fugenauspressung) vorausbestimmt werden mussten. Abbindetemperaturen Schon die Voruntersuchungen und Messungen im Baulaboratorium zeigten eine grosse Wärmeentwicklung des verwendeten PZ 225. 1.)

Nur durch die Herabminderung der Zementdosierung je m 3 Beton auf das noch tragbare Mindestmass und durch die Beigabe von 20 % Trass war es möglich, unter Beibehaltung der geforderten Betoneigenschaften die grosse Wärmeentwicklung zu vermindern und damit die Rissgefahr in den abkühlenden Betonmassen zu verringern. Die im adiabatischen Zustand erreichte Höchsttemperatur von 56 0 des reinen PZ 225 konnte bei Verwendung des Zementtrassgemisches auf 44 0 gesenkt werden, was bei 240 kg Bindemittelzugabe für 1 m 3 einem Wärmeäquivalent von 4000 kcal/m 3 Beton entspricht und eine Verminderung der zu erwartenden Abbindetemperatur in der Betonmasse von 50 bis 8 0 zur Folge hätte. Tatsächlich wurden Abbindehöchsttemperaturen von 44,5 0 , 48 0 , 50,2 0 gemessen und folgende Abhängigkeiten festgestellt: a) Die Ein b r in g e t e m per at u r des B e ton s Diese wirkte sich nicht nur auf die absolute Höhe der Abbindetemperatur aus, sondern beeinflusst auch die Raschheit des Hydratationsprozesses. Wenn man daher auf die Einbringetemperatur bezieht, ergeben sich in der Mitte der 2,25 m hohen Betonschichten nach 5 Tagen, das war die verlangte Schichtenfolge, Temperaturanstiege von 25 0 bis 28,2 0 über der Einbrin21

getemperatur. Der Anstieg erfolgt nach der im Bilde gegebenen e-t Funktion, wobei jedoch das theoretische Mass von 30 0 , welches einer Entwicklung von 90 kcal/kg Zement P Z 225 Hydratationswärme im adiabatischen Zustand entspricht, nicht erreicht wird, weil ein Teil der Wärme erwünschtermassen durch die 4 bis 5 Tage frei gehaltene Betonoberfläche abgegangen ist.

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Abb .16 Betontemperaturen bezogen auf die Einbringetemperatur

Besonders günstig gestaltet sich die Wärmeentwicklung im Bereich der Mauerkrone (T 24), woselbst nur ein Temperaturanstieg von 20 0 nach 5 Tagen zustande kam, begünstigt durch die grosse, freie Oberfläche der Betonschichte und verzögert durch die niedrige Einbringetemperatur. b) Die freie Oberfläche des Betons Je grösser die freie Oberfläche des frischen Betonkörpers zu seiner wärmeentwickelnden Masse ist, desto rascher und intensiver geht di e Wärme ab und drückt dam it die Abbindehöchsttemperatur herab und verzögert dadurch indirekt, wie vorangeführt, den Hydratationsprozess. Aus diesem Umstand ergibt sich, dass die Temperatur der Aussenschichte bereits abfällt, während im Inneren diese noch ansteigt, wodurch grosse Temperaturgefälle in dem jungen, etwa 4 bis 5 Tage alten Beton entstehen. Solange der junge Beton im plastischen Bereich der Dehnfähigkeit den 22

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Einfluss der Oberflächennähe auf die Abbindetemperatur

durch das Temperaturgefälle entstehenden Volum sänderungen nachgeben kann, ist die Rissgefahr geringer als bei älterem Beton, der diesenFormänderungen nicht mehr nachkommt. Wie die Messungen zeigen, hat das Entschalen, die Abnahme der wärmedämmenden Holztafeln einen wesentlichen Anteil am Entstehen dieses Temperaturgefälles im jungen Beton. Es wurde der 2 - 3 Tage alte Beton lokal mit einem Temperaturgefälle von 50/25 cm oder 20 0 /m beansprucht,ohne Risse zu zeigen. Der Wärmeabgang an der freien Oberfläche tiner Betonschichte schwankte zwischen 5 kcal/m 2 . h.oe bei Windstille und bis 10 kcal/m 2 . h. oe bei kaltem Wind, aus der Wärmebilanz einer Betonschichte errechnet. Durch das Aufbringen der nächsten Betonschichte wurde diese Wärmeabgabe unterbrochen und der Wärmeabgang auf die 2,25 m hohen, entschalten Seitenflächen einer Schichte beschränkt. c) Die Zeitfolge der Betonschichten Diese hat unmittelbaren Einfluss auf die freie, wärmeabgebende Oberfläche des Betons und damit indirekt auf die Wärmeentwicklung in diesem. Es zeigte sich für diese Schichthöhen und Bindemittelzugaben: Folgt die nächst höhere Schichte noch innerhalb der ersten 4 Tage, der stärksten Wärmeentwicklung im Beton, so steigert sich die Höchsttemperatur beim Abbinden in der unteren Schichte fast bis zum Zustand der adiabatischen Wärmeentwicklung (T 50). Folgt die nächst höhere Betonschichte erst nach 5 Tagen, also erst nach dem stärksten Temperaturanstieg der unteren Schichte, so kann die bereits abfallende Temperatur dieser Schichte nur um weniges ansteigen (T 11). 23

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Wird jedoch die nächst höhere Schichte erst in 6 - 8 Tagen betoniert, so ist der Temperaturabfall der unteren Schichte und deren Hydratationsprozess schon so weit fortgeschritten, dass der eingetretene Temperaturabfall nur etwas langsamer vor sich geht (T 19). d) Die H ö he n der Be ton s chi c h te n Das Verhältnis der wärmeerzeugenden Betonmasse zur freien, wärmeabgebenden Oberfläche war bei den gewählten Schichthöhen von 2,25 m bereits ziemlich ungünstig und wurde einmal bei der Schichthöhe von 3,0 m Höhe so ungünstig, dass das entstehende Temperaturgefälle zur entschalten Seitenfläche hin bereits zum Aufreissen der Betonaussenschichte führte. Auch eine lange Schichtfolge hätte an diesem Zustand nichts mehr ändern können. Dies war im Block 16/17 der Fall, bei dem notgedrungen im Spätherbst 1952 zwei Schichten mit 3 m Höhe betoniert wurden und an den entschalten Seitenflächen Haarrisse in 6 m Abstand beobachtet werden konnten. JI

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Jahresverlauf der Betontemperaturen in verschiedenen Tiefen

Für das Fundament der Sperre: in den Messpunkten an der Sohle stellt sich eine konstante Temperatur von 7 0 bis 8 0 ein, welche von den Aussenschwankungen nicht mehr beeinflusst wird .

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Eindringen von Wärme-Aussenschwankungen in den Beton, deren Abschwächung und Phasenverschiebung

Für die Anschätzung eines Temperaturzustandes lässt sich mit Vorteil die zusammenfassende Darstellung der Abschwächung des Ausseneinflusses mit der Tiefe und die Phasenverschiebung desselben, wie in Abb. 26 dargestellt, verwenden. Die Amplitude, der Grad der Abschwächung ergibt sich bis zu 5 m Tiefe an der Wasserseite und Luftseite verschieden, was in der vereinfachten Berechnung nicht zum Ausdruck kommen kann. Eine volle Übereinstimmung der errechneten Werte mit den gemessenen, insbesonders bei der empfindlichen Am plituden - Abschwächung e-x~ konnte nicht erzielt werden, da die Rechnung nur einheitliche, konstante Materialwerte berücksichtigt, während in Wirklichkeit diese sich schon mit der Betontiefe ändern werden, (aussen trockener Beton, innen noch feuchter Beton), doch liegen diese Unterschiede an der Grenze der Messgenauigkeit und haben auf die Beurteilung der Beanspruchung des Mauerkörpers infolge Temperatur keinen Einfluss mehr. Auf Grund der Messungen und unter Zuhilfenahme vorstehender Erkenntnisse und Ableitungen wurde die Temperatur-Verteilung im Messquerschnitt bestimmt und durch die Isothermen in Abb.27 dargestellt. Man und 1956, Mauer bis bis 5 0 C/m

er kennt deutlich das tiefe Eindringen der Kältewellen im Feber 1954 welche den .Beton der Mauerkrone in den mittleren Teilen der etwa 1,50 m Tiefe durchfrosteten und Temperaturgefälle von 3 0 C/m hervorriefen.

Für die grösste Beanspruchung der Gewölbemauer waren die Hau p t lastfälle am 13.2.1954 und am 14.2.1956 massgebend, bei welchen die \lauer durch die Kältewelle 1954 stark abgekühlt und da kein Stau vorhanden war, im ganzen oberen Mauerteil unterkühlt war, während die Mauer im Jahre 1956 luftseitig noch intensiver ausgekühlt, jedoch an der Wasser seite durch den vorhandenen Stau belastet und geschützt war. 33

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