Experimentelle Ermittlung von Reibungsbeiwerten bei Steinstützkörpern aus Naturstein

Böschungs-, Ufer- und Sohlsicherungen aus Naturstein erfreuen sich als naturnahe konstruktive Maßnahmen zunehmender Beliebtheit. Hinsichtlich ihrer Wirkungsweise können Steinkonstruktionen unterschieden werden in (1) solche mit stützender Wirkung, welche durch Schlichten oder Setzen errichtet werden, und in (2) Steinkörper und Berollungen, deren Herstellung durch Schütten oder Werfen erfolgt und die rein durch ein Beschweren der Böschung wirken. Bei Steinstützkörpern handelt es sich generell um vergleichsweise flexible Konstruktionen, die Verformungen im Dezimeterbereich aufnehmen können. Dabei erfolgt die Kraftübertragung im unvermörtelten Zustand von Stein zu Stein bzw. bei Versetzen der Steine im Mörtelbett über die Mörtelfuge. Durch die Reibung bzw. Reibungskraft zwischen den Steinen bzw. Mörtel und Stein können Schubkräfte übertragen bzw. aufgenommen werden, die bspw. einem auftretenden Erddruck entgegenwirken.

Für Steinstützkörper gibt es bislang einige bestehende Ansätze für deren Bemessung, es wird jedoch nicht spezifisch auf den Nachweis der inneren Standsicherheit (Gleiten und Kippen in der Lagerfuge, mechanisches Steinversagen) eingegangen. Bei gegenständlichem Forschungsvorhaben wird versucht, Kennwerte für die Bemessung von Steinstützkörpern experimentell zu erfassen, um in einem nächsten Schritt Rückschlüsse auf die innere Standsicherheit von Steinstützkörpern ziehen zu können.

Experimental determination of friction coefficients in the context of natural stone structures

Protection constructions for slopes, banks and riverbeds using natural stones are becoming increasingly popular. When considering their operating principle, (1) natural stone structures with a supporting effect and (2) stone structures, that function solely by their weight, can be distinguished. The former is erected by exact placement of the individual stones, while weight effects can also be achieved by a thrown or dumped stone mass. Nevertheless, natural stone structures show a comparatively flexible design that can endure displacements in the order of some decimeters. Transmission of forces takes place stone to stone in case of non-mortared construction or via mortar material in case of mortared joints. Friction forces are transferred accordingly between the rocks or rock and mortar and can counteract possibly occurring earth pressure.

There are a few approaches concerning structural design and dimensioning of natural stone structures, specific static analysis and calculations regarding the inner stability (sliding and toppling in the horizontal joint as well as mechanical rock failure) of these structures are missing. In this research project, attempts are made to experimentally deduce characteristic values for the design of natural rock structures and drawing conclusions about the inner stability of rock protection structures in a subsequent step.