DOI Artikel:
Blum, Rainer; Rahm, Uwe: Ultraschall- und Bohrwiderstandsmessungen
DOI Seite / Zitierlink: https://doi.org/10.11588/diglit.51146#0085
Ultraschall- und
Bohrwiderstandsmessungen
... •
Rainer Blum,
Uwe Rahm
• Zusammenfassung
Die zerstörungsfreien Ultraschallmessungen an den Skulp-
turen des Jagdschlosses Clemenswerth zeigten je nach
Exposition sehr unterschiedliche Ergebnisse: Im Norden
(Nr. 7) wurde eine tiefgehende und starke Verwitterung
angetroffen, die aber kaum äußerliche Spuren zeigt.
Im Süden (Nr. 6) wurden stark streuende Werte ermit-
telt, die keine eindeutige Bestimmung von Verwitterungs-
grad und -tiefe erlauben. Ob diese starken Streuungen von
den früher durchgeführten Festigungen herrühren oder
aber von dem stark schwankenden Nanoklima, konnte
nicht entschieden werden. Äußerlich erschienen die Parti-
en auf der Südseite stark verwittert.
Im Osten (Nr. 4) wurde eine geringere Verwitterungstie-
fe als im Norden gemessen, auch war der Verwitterungs-
grad nicht so hoch. Es konnten große Unterschiede zwi-
schen den Ergebnissen senkrecht und parallel zur Schich-
tung festgestellt werden, die sich wohl teils von der Geo-
metrie herleiten lassen, vielleicht aber auch von der Festi-
gung im Verlaufe der früheren Restaurierungen stammen.
Im Westen (Nr. 5) war das Erscheinungsbild ähnlich
dem im Osten, nur war die Verwitterungstiefe wie erwar-
tet größer und der Verwitterungsgrad geringer. Die Streu-
ungen waren ebenfalls höher als diejenigen im Norden,
aber vergleichbar mit denjenigen auf der Ostseite.
Zusätzlich wurden mit Hilfe einer im Labor Blum entwik-
kelten Prüfbohrmaschine zwei Bohrkerne aus dem Mittel-
teil der Skulptur Nr. 4 Ost entnommen, an denen Ultra-
schallmessungen durchgeführt wurden. Die Meßergebnis-
se zeigen, daß im Tiefenprofil stark schwankende Festig-
keiten vorliegen. Diese sind einerseits auf die Gesteins-
schichtung und andererseits auch auf verwitterungs- und
behandlungsbedingte Effekte zurückzuführen.
Suchbegriffe: Ultraschallmessung, Bohrwiderstands-
messung, Jagdschloß Clemenswerth, Verwitterungstiefe,
Baumberger Kalksandstein.
• Einleitung
Jagdschloß Clemenswerth ist ein zweigeschossiger Ziegel-
steinbau mit achteckigem Zentralraum. Vier der acht Sei-
ten des Achtecks sind durch einen quadratischen Anbau
verlängert, so daß ein kreuzförmiger Grundriß entsteht.
Die gegenüberliegenden Seiten der Quadrate sind mit
Jagdtrophäen aus Baumberger Kalksandstein versehen, die
unterschiedliche Verwitterungsformen aufzeigen. Da die
Skulpturen alle zur gleichen Zeit und aus dem gleichen
Material hergestellt wurden, liegt es nahe die unterschied-
lichen Verwitterungsformen auf die Exposition zurückzu-
führen. Um die vorgestellte Hypothese zu untermauern,
wurden Ultraschallmessungen an den Jagdtrophäen durch-
geführt, die Rückschlüsse auf den inneren Zustand der
Skulpturen erlauben. Es ist dabei allerdings zu berücksichti-
gen, daß im Verlaufe verschiedener Restaurierungen Festi-
gungsmaßnahmen mit Kieselsäureester vorgenommen
wurden, die das ursprüngliche Schadensbild verändern.
Parallel zu den Ultraschallmessungen wurden mit einer
kombinierten Kern-Prüfbohrmaschine zwei Bohrkerne ent-
nommen, an denen ebenfalls Ultraschallmessungen sowie
weitere Materialuntersuchungen durchgeführt wurden
(vgl. insbesondere den Beitrag von Lotzmann, Meng in die-
sem Band). Diese Messungen sollten die Vergleichbarkeit
der Ergebnisse von Prüfbohren (Bohrwiderstand) und Ul-
traschall zeigen.
• Theorie der verwendeten Messungen
Zur Theorie der angewendeten Methode seien zuerst eini-
ge Annahmen über das Verwitterungsgeschehen voraus-
gestellt: Man kann annehmen, daß die Verwitterung von
der Oberfläche aus in nahezu parallelen Schichten in das
Innere des Steins vordringt. An der Oberfläche wird die
Verwitterung am größten sein, um dann mit der Tiefe ab-
zunehmen. Weiter ist gesichert, daß der Verwitterungs-
grad mit der Geschwindigkeit der P-Wellen gekoppelt ist:
Je höher der Verwitterungsgrad, umso geringer diese Ge-
schwindigkeit. Hiermit läßt sich auch in vernünftiger Weise
der Verwitterungzustand W exakt in Zahlen fassen: Es wird
hiervorgeschlagen, ihn zu definieren durch den Quotien-
ten aus Differenz der P-Wellengeschwindigkeit des unver-
witterten und verwitterten Materials c und aus derjeni-
gen des unverwitterten cp0:
W = Cp0~Cp’
CpO
Ist c = c n, so erhält man ein W von 0, der Stein ist unver-
p1 p0'
wittert. Je geringer c wird, um so größer wird W. Einem
(hypothetischen) Wert von c , = 0 entspricht ein Verwitte-
rungszustand von 1, der Stein ist total verwittert, also zer-
fallen.
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Bohrwiderstandsmessungen
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Rainer Blum,
Uwe Rahm
• Zusammenfassung
Die zerstörungsfreien Ultraschallmessungen an den Skulp-
turen des Jagdschlosses Clemenswerth zeigten je nach
Exposition sehr unterschiedliche Ergebnisse: Im Norden
(Nr. 7) wurde eine tiefgehende und starke Verwitterung
angetroffen, die aber kaum äußerliche Spuren zeigt.
Im Süden (Nr. 6) wurden stark streuende Werte ermit-
telt, die keine eindeutige Bestimmung von Verwitterungs-
grad und -tiefe erlauben. Ob diese starken Streuungen von
den früher durchgeführten Festigungen herrühren oder
aber von dem stark schwankenden Nanoklima, konnte
nicht entschieden werden. Äußerlich erschienen die Parti-
en auf der Südseite stark verwittert.
Im Osten (Nr. 4) wurde eine geringere Verwitterungstie-
fe als im Norden gemessen, auch war der Verwitterungs-
grad nicht so hoch. Es konnten große Unterschiede zwi-
schen den Ergebnissen senkrecht und parallel zur Schich-
tung festgestellt werden, die sich wohl teils von der Geo-
metrie herleiten lassen, vielleicht aber auch von der Festi-
gung im Verlaufe der früheren Restaurierungen stammen.
Im Westen (Nr. 5) war das Erscheinungsbild ähnlich
dem im Osten, nur war die Verwitterungstiefe wie erwar-
tet größer und der Verwitterungsgrad geringer. Die Streu-
ungen waren ebenfalls höher als diejenigen im Norden,
aber vergleichbar mit denjenigen auf der Ostseite.
Zusätzlich wurden mit Hilfe einer im Labor Blum entwik-
kelten Prüfbohrmaschine zwei Bohrkerne aus dem Mittel-
teil der Skulptur Nr. 4 Ost entnommen, an denen Ultra-
schallmessungen durchgeführt wurden. Die Meßergebnis-
se zeigen, daß im Tiefenprofil stark schwankende Festig-
keiten vorliegen. Diese sind einerseits auf die Gesteins-
schichtung und andererseits auch auf verwitterungs- und
behandlungsbedingte Effekte zurückzuführen.
Suchbegriffe: Ultraschallmessung, Bohrwiderstands-
messung, Jagdschloß Clemenswerth, Verwitterungstiefe,
Baumberger Kalksandstein.
• Einleitung
Jagdschloß Clemenswerth ist ein zweigeschossiger Ziegel-
steinbau mit achteckigem Zentralraum. Vier der acht Sei-
ten des Achtecks sind durch einen quadratischen Anbau
verlängert, so daß ein kreuzförmiger Grundriß entsteht.
Die gegenüberliegenden Seiten der Quadrate sind mit
Jagdtrophäen aus Baumberger Kalksandstein versehen, die
unterschiedliche Verwitterungsformen aufzeigen. Da die
Skulpturen alle zur gleichen Zeit und aus dem gleichen
Material hergestellt wurden, liegt es nahe die unterschied-
lichen Verwitterungsformen auf die Exposition zurückzu-
führen. Um die vorgestellte Hypothese zu untermauern,
wurden Ultraschallmessungen an den Jagdtrophäen durch-
geführt, die Rückschlüsse auf den inneren Zustand der
Skulpturen erlauben. Es ist dabei allerdings zu berücksichti-
gen, daß im Verlaufe verschiedener Restaurierungen Festi-
gungsmaßnahmen mit Kieselsäureester vorgenommen
wurden, die das ursprüngliche Schadensbild verändern.
Parallel zu den Ultraschallmessungen wurden mit einer
kombinierten Kern-Prüfbohrmaschine zwei Bohrkerne ent-
nommen, an denen ebenfalls Ultraschallmessungen sowie
weitere Materialuntersuchungen durchgeführt wurden
(vgl. insbesondere den Beitrag von Lotzmann, Meng in die-
sem Band). Diese Messungen sollten die Vergleichbarkeit
der Ergebnisse von Prüfbohren (Bohrwiderstand) und Ul-
traschall zeigen.
• Theorie der verwendeten Messungen
Zur Theorie der angewendeten Methode seien zuerst eini-
ge Annahmen über das Verwitterungsgeschehen voraus-
gestellt: Man kann annehmen, daß die Verwitterung von
der Oberfläche aus in nahezu parallelen Schichten in das
Innere des Steins vordringt. An der Oberfläche wird die
Verwitterung am größten sein, um dann mit der Tiefe ab-
zunehmen. Weiter ist gesichert, daß der Verwitterungs-
grad mit der Geschwindigkeit der P-Wellen gekoppelt ist:
Je höher der Verwitterungsgrad, umso geringer diese Ge-
schwindigkeit. Hiermit läßt sich auch in vernünftiger Weise
der Verwitterungzustand W exakt in Zahlen fassen: Es wird
hiervorgeschlagen, ihn zu definieren durch den Quotien-
ten aus Differenz der P-Wellengeschwindigkeit des unver-
witterten und verwitterten Materials c und aus derjeni-
gen des unverwitterten cp0:
W = Cp0~Cp’
CpO
Ist c = c n, so erhält man ein W von 0, der Stein ist unver-
p1 p0'
wittert. Je geringer c wird, um so größer wird W. Einem
(hypothetischen) Wert von c , = 0 entspricht ein Verwitte-
rungszustand von 1, der Stein ist total verwittert, also zer-
fallen.
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