In den 1990er Jahren wurde im Berliner Senat der weitreichende Entschluss gefasst den "Sportpark des 21. Jahrhunderts" zu errichten. Eine wichtige Voraussetzung dabei war die Bewahrung des schwierigen Geschichtsdokumentes und Bauensembles Reichssportfeld. Kernstück dieser umfangreichen Baumaßnahmen ist das Berliner Olympiastadion, das in den Jahren 1934 bis 1936 für die Olympiade 1936 errichtet wurde. Dieser Monumentalbau wurde seit Mai 2000 ohne störende Eingriffe in den Denkmalbestand durch Sanierung und Modernisierung bis Ende 2004 unter laufendem Spielbetrieb zu einer der modernsten Sportarenen weltweit ausgebaut. Im Vergleich der anderen Stadionprojekte in Deutschland im Rahmen der Vorbereitung auf die Fußball-Weltmeisterschaft im Jahr 2006 war das Berliner Olympiastadion sicher als die technisch anspruchsvollste Baumaßnahme anzusehen.
Kurzer Rückblick
Bereits 1906 haben die beiden führenden Rennvereine der Stadt den Berliner Rennverein für die Errichtung einer Pferderennbahn gegründet. Der Architekt Otto March wurde beauftragt, auf einem ca. 70 ha großen Gelände, welcher Teil des Grunewaldes ist, diese Rennbahn zu planen. Nach drei Jahren Bauzeit - im Mai 1909 - wurde die Rennbahn Grunewald mit einer 2.400 m langen Rennstrecke eröffnet. Im gleichen Jahr entscheidet das IOC für die Olympiade 1916 die Stadt Berlin als Austragungsort zu wählen. Dies führte zu Planungen für den Bau des "Deutschen Stadions", der unter Leitung von Otto March 1913 fertig gestellt wurde. Der Erste Weltkrieg verhinderte die Austragung und 1930 bewarb sich Deutschland um die Austragung und bekommt ein Jahr später den Zuschlag. Dies war das Startsignal für den Neubau eines Groß-Stadions inmitten einer weiträumigen Anlage der einzelnen Sport- und Kampfstätten. Der Architekt Werner March wird mit dieser Aufgabe beauftragt. 1934 werden das alte Stadion und die Rennbahn abgerissen und die Bauarbeiten beginnen. Über 500 Firmen mit ungefähr 2.500 Mitarbeitern sind bei der Errichtung des Olympiastadions beteiligt.
Baubeschreibung
Mit seiner größten Länge im Oval von ca. 400 m, bei einer Breite von ca. 230 m und einer maximalen Höhe (ohne Dach) von ca. 30 m besteht das Olympiastadion Berlin aus zwei Rängen, dem Oberring und dem Unterring. Der Unterring wurde rund 13 Meter tief in den märkischen Sand gegraben. Der Oberring, der nur 16 Meter über die Eingangsebene hinausragt, wird über 18 Treppenhäuser erschlossen, die vom unteren äußeren Umgang zum balkonartigen oberen äußeren Umgang führen und von dort aus über 41 Mundlöcher auf die Zuschauertribünen geleitet werden. Der Unterring wird über 14 Durchgänge, die sich mit den Treppenhäusern abwechseln, erschlossen. Dadurch, dass das Stadion praktisch in den Boden eingelassen ist, wirkt es von außen wesentlich kleiner. Der Besucher erfährt die wahre Größe erst beim Betreten des Innenbereiches. Interessant ist die tragende filigrane Stahlbetonskelettkonstruktion bestehend aus Rahmen mit Stützenlängen von bis zu 9 Meter und rasterförmig angelegte Unterzug-Deckenfelder.
Die Betonsanierung
Aus den stichprobenhaft durchgeführten Voruntersuchungen der Stahlbetongüte ergab sich, dass wie zu erwarten die heutigen Normanforderungen zu einem großen Teil nicht eingehalten werden können. Regelmäßig wurde eine Betongüte B15 (15 N/mm²) unterschritten, die entsprechend der heutigen DIN 1045 für Innenbauteile für Stahlbeton mindestens erforderlich ist. Des weiteren war der Korrosionsschutz des Bewehrungsstahls aufgrund der fortgeschrittenen Karbonatisierung alleine nicht mehr durch den Beton sichergestellt. In Teilbreichen lag wegen undichter Gebäudeabdichtung der Tribünen eine erhöhte Baustofffeuchte und ein Chlorideintrag vor, was zu lokalen stärkeren Korrosionsschäden führte. In flächigen Bereichen lag eine Korrosion der Bewehrung vor, wenn keine oder eine zu geringe Betondeckung von unter 10 mm vorlag. Eine relevante korrosionsbedingte Querschnittsverringerung wurde jedoch meistens nicht festgestellt. Des weiteren wurde naturgemäß bei vorliegend geringer Betonfestigkeit auch die notwendigen Haftzugfestigkeiten für Betoninstandsetzungssysteme unterschritten.
Bei ingenieurmäßiger Umsetzung der heutigen normativen Anforderungen bedeuten die obigen Ergebnisse für die Bausubstanz, dass das Stadion zu einem großen Teil abbruchreif war. Dies war natürlich nicht mit den Anforderungen des Denkmalschutzes vereinbar und wäre aufgrund des allgemeinen Ist-Zustands unter Berücksichtigung der langjährigen Nutzung nicht verständlich. Zuerst musste man sich also fragen, warum die Korrosion des Bewehrungsstahls trotz der harschen Umweltbedingungen weitläufig gering war und an exponierten Lagen auch nur geringe Querschnittreduzierungen vorlag. Entscheidend war eine wissenschaftliche Untersuchungen des Korrosionspotentials der vorhandenen Stahlbetonkonstruktion. Des weiteren musste betrachtet werden, warum aus statischer Sicht keine Auffälligkeiten am Gebäude vorlagen.
Durch die Fachplaner für Statik, Brandschutz und Dauerhaftigkeit wurden gemeinsam mit dem Prüfingenieur ein abgestimmtes Sicherheitskonzept mit notwendigen Instandsetzungsmaßnahmen entwickelt. Das Konzept berücksichtigt, die Verbund- und Tragsicherheit, den Brandschutz und den Korrosionswiderstand. Aufgabe der WISSBAU Beratende Ingenieurgesellschaft war die Fachplanung Dauerhaftigkeit inklusive der feuchtetechnischen Nachweise, der prüftechnischen Nachweise vor Ort und im Labor und die komplette o.g. vorwiegend zerstörungsfreie Bauwerksprüfung.
Beispiel Mindestbetongüte: Die Mindestbetongüte B15 gilt als einfacher Indikator für eine ausreichende Zementmenge und Gefügedichte zum Korrosionsschutz der Bewehrung und für einen verlässlichen Verbund zwischen Betonstahl und Beton. Ein genauer Nachweis der erforderlichen Betongüte vor Ort zeigte, dass die Stahlbetonbauteile eine nachgewiesene Betonfestigkeit von 9 N/mm² haben müssen, ansonsten musste abgebrochen werden. Aufgrund der neuen Festlegung betraf das aber nur die wenigsten Bauteile, da die Hauptmasse der Betonteile eine geprüfte Festigkeit zwischen 9 und 15 N/mm² zeigte. Die Reduzierung der Mindestfestigkeit war nur möglich, in dem ein erhöhter prüftechnischer Nachweis am Bauwerk erbracht wurde. Gut 60% aller Stahlbetonbauteile - rund 9.000 von 15.000 - im Olympiastadion wurden untersucht. Primär geschah dies durch eine zerstörungsfreie Druckfestigkeitsprüfung mittels digitaler Rückprallhammer-Untersuchung. Die durchgeführten Untersuchungen waren in Abhängigkeit des Bauteilzustandes teilweise sehr aufwändig. Ein neuer Weg wurde beschritten, indem man die Rückprallhammerprüfung zugleich auch für eine Oberflächengüteprüfung, d.h. Nachweis der erforderlichen Haftzugfestigkeit, verwendete. Bei statisch höher belasteten Bauteilen wurde eine Ultraschall-Laufzeitmessung durchgeführt, wobei man mit speziellen Messköpfen punktuell an den Beton ankoppelte und den Prüfumfang deutlich erhöhen konnte.
Beispiel Betondeckung: Ein vergleichbarer Prüfaufwand wurde bei der Ermittlung des Bewehrungsgehaltes und der Betondeckung vorgenommen. Bauteilspezifisch wurde ein Mindestbewehrungsgehalt und eine Mindestbetondeckung festgelegt, die vor Ort prüftechnisch nachzuweisen war.
Beispiel Dauerhaftigkeit: Das Korrosionspotential wurde an tragenden Bauteilen vor Ort bei unterschiedlicher Betonfeuchte und vergleichende Labormessungen untersucht. Durch eine genaue Betrachtung der Feuchteaufnahme und ?abgabe des Bestandbetons bei unterschiedlichen Luftfeuchten und der Korrosionsneigung des Bewehrungsstahls wurde anhand von instationären, numerischen Feuchtebilanzberechnungen für repräsentative Stahlbetonbauteile nachgewiesen, dass bei der zukünftigen Nutzung ein ausreichender Korrosionswiderstand vorliegt bzw. das Korrosionspotential gegen Null geht. Aus den Berechnungen gingen maximale Belastungen aus Raumluftfeuchte, d.h. Höhe und Dauer, und minimale Trocknungszeiten hervor, bei der eine langfristige Erhöhung der Betonfeuchte auszuschließen ist. Der Korrosionswiderstand des Bauteils nimmt mit steigender Betonfeuchte ab. Konnten die Anforderungen durch die Nutzung nicht sichergestellt werden, mussten zusätzlich kompensierende Instandsetzungsmaßnahmen ausgeführt werden.
Beispiele Bauwerksabdichtung:
Wichtig für den Erhalt der filigranen tragenden Stahlbetonskelettkonstruktion war eine dichte Bauwerksabdichtung. Die Abdichtung der Innenräume erfolgt im Großteil durch die Tribünenstufen und einem massigen Stahlbetonkranz im Oberring. Im äußeren und inneren Umgang wird der Schutz der Untergeschosse durch eine teerhaltige Bestandsabdichtung sichergestellt.
In enger Abstimmung mit der Denkmalbehörde erfolgte aufgrund des schlechten Zustands der Bestandsfertigteilstufen, hier insbesondere die erhöhte Chloridbelastung, die Entscheidung, den Unterring abzureißen und völlig neu zu errichten und im Oberring die Fertigteilstufen zu ersetzen, um gleichzeitig eine neuwertige Abdichtung sicherzustellen. Beim Oberring gab es zuerst die Auflage des Gesamterhaltes der Tribünenstufen einschließlich der Tragkonstruktion. Der Austausch der Fertigteilteilstufen lag im Wesentlichen in der Dichtheit der Stufenkonstruktion und hier wiederum vor allem in der Schwierigkeit im Bestand eine einwandfreie Fugensanierung zu erreichen, begründet.
Die neuen Stufen mussten entsprechend der Belastungsfähigkeit der vorhandenen Zahnbalken und Stützen sehr schlank ausgebildet werden. Gleichzeitig sollten die Fertigteile ohne zusätzliche Kunststoffabdichtung absolut wasserdicht sein, um die darunter liegenden Baukonstruktion und hochwertigen VIP- und Gastrobereiche zu schützen. Mit nur 11 cm Gesamtstärke einer entsprechenden Bewehrung, die nur in der Mitte des Querschnittes eingebaut werden konnte und einem Hochleistungsbeton wurden unter Berücksichtigung der bei Veranstaltungen auftretenden Schwingungen wurden prüftechnische Nachweise für die Gebrauchsfähigkeit erbracht.
Durch umfangreiche Labor- und Vor Ort-Versuche konnte die dauerhafte Dichtigkeit der teerhaltigen Bestandsabdichtung im Bereiche der inneren und äußeren Umgänge herausgestellt werden. Hierdurch konnte verzichtet werden, dass der Natursteinbelag vollständig aufgenommen werden musste, wodurch erfahrungsbedingt ein Großteil der denkmalgeschützten Platten beschädigt worden wären. Der Aufbau mit 5 bis 8 cm Mörtelbett mit 5 cm Natursteinbelag schützt die Bestandsabdichtung vor Umwelteinflüsse und Beschädigung. Hier liegt auch die Begründung für den guten Zustand der Bestandsabdichtung, die den heutigen prüftechnischen Anforderungen an eine vergleichbare Bitumenbahn genügte.
Zur Abdichtung des massiven Stahlbetonkranzes im Oberring musste aus Sicht des Denkmalschutzes ein farbechte und UV-Farbtonbeständige, rissüberbrückende, rutschhemmende, mechanisch belastbare Beschichtung ausgeführt werden. Die üblichen zugelassenen Systeme erfüllen die technischen Kennwerte. Sie weisen jedoch Schwächen in der Farbgestaltung und Farbstabilität auf, so dass eine gesondert geprüfter Beschichtungsaufbau bestehend aus einem geprüften einschichtigem System aus EP/PUR/EP-Beschichtung mit einer zusätzlichen systemverträglichen Deckschicht aus einem optimierten PUR-EP-Gemisch für die Farbgestaltung und UV-Farbtonbeständigkeit ausgeführt wurde.
Auf der Basis des von der WISSBAU Beratende Ingenieurgesellschaft mbH mit der Fachbauleitung der WALTER BAU AG, dem Generalplaner ARCADIS und dem Prüfingenieur Prof. Specht (SKP) erstellte Instandsetzungskonzept konnte mit der durchgeführten Betonsanierung mit einem Gesamtvolumen von 4,4 Mio. EURO das für Bauwerk wieder die heutigen Anforderungen hinsichtlich Standsicherheit, Brandschutz und Dauerhaftigkeit sichergestellt werden.
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WISSBAU Beratende Ingenieurges. mbH
Dr. Ing. Rainer Auberg
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