Verwindung

Verwindung beschreibt die Verdrehung von Bauteilen, Baukörpern oder Werkzeugen um ihre Längsachse unter dem Einfluss eines Drehmoments. Im Umfeld von Betonabbruch, Spezialrückbau, Entkernung und Schneidarbeiten sowie Felsabbruch und Tunnelbau ist das Verständnis der Verwindung zentral: Es bestimmt, wie Bauteile reagieren, wenn Lasten exzentrisch eingeleitet werden, und wie Werkzeuge – etwa Betonzangen oder Stein- und Betonspaltgeräte – positioniert und betrieben werden sollten, um kontrollierte, sichere und präzise Ergebnisse zu erzielen. Auch die zugehörigen Hydrauliksysteme, von Hydraulikaggregaten über Zylinder bis zu Kombischeren, sind von torsionalen Beanspruchungen betroffen.

Definition: Was versteht man unter Verwindung

Unter Verwindung (Torsion) versteht man die elastische oder plastische Verdrehung eines Körpers um seine Längsachse infolge eines angreifenden Drehmoments. Die maßgebenden Größen sind der Verdrehwinkel, die Schubspannungen und die Torsionssteifigkeit, die wiederum vom Werkstoff (Schubmodul), der Geometrie (polares Widerstandsmoment), der Lagerung und der Krafteinleitung abhängen. In Beton- und Stahlbauteilen führt Torsion zu schräg verlaufenden Rissbildern, zu Umlagerungen der Schnittgrößen und – bei Überschreitung der Tragfähigkeit – zu spröden oder duktilen Versagensmechanismen. Bei Werkzeugen und Anbaugeräten zeigt sich Verwindung als seitlicher Versatz, Verdrehung der Greifarme oder als verkantende Lastpfade, die die Bauteilkontrolle erschweren.

Ursachen und Einflussfaktoren der Verwindung

Verwindung entsteht häufig durch exzentrische Lasten, unsymmetrische Querschnitte, ungleichmäßige Lagerbedingungen oder anisotrope Materialeigenschaften. In der Praxis des Rückbaus wirken solche Einflüsse zusammen: Greifen Betonzangen asymmetrisch an einem Stahlbetonbauteil an, entstehen neben Biegung auch Torsionsmomente. Werden Stein- und Betonspaltgeräte in Bohrlochreihen eingesetzt, erzeugen nicht fluchtende Bohrungen oder ungleichmäßige Bohrlochabstände torsionale Anteile im Block. Auch Verankerungen, die nur einseitig wirken, führen zu Verdrehungen. Entscheidend ist die kontrollierte Krafteinleitung: Je geradliniger und symmetrischer die Lastpfade, desto geringer die Verwindung.

Mechanische Grundlagen und Kennwerte

Die Torsionssteifigkeit eines Bauteils wird wesentlich vom Schubmodul des Werkstoffs und von der Torsionsfläche des Querschnitts bestimmt. Geschlossene, torsionssteife Querschnitte (z. B. geschlossene Hohlprofile) verhalten sich unter Torsion günstiger als offene, schubweiche Profile (z. B. U- oder L-Profile). Die Lagerungsbedingungen (Einspannung, Auflagerabstände) beeinflussen den Verdrehwinkel ebenso wie die Länge des Bauteils. In Stahlbeton bestimmen Schub- und Torsionsbewehrung das Rissbild und die Resttragfähigkeit; in Fels und Naturstein spielen Schichtungen, Kluftsysteme und Wassergehalt eine Rolle. Werkzeuge selbst besitzen eine Torsionssteifigkeit, die über Bolzenlager, Arme und Zylinder hinweg wirkt; diese sollte die angesetzten Drehmomente deutlich übersteigen.

Werkstoffabhängigkeit

Stahl verhält sich unter Torsion überwiegend duktil; Stahlbeton zeigt rissbedingte Umlagerungen und kann plötzlich an Resttragfähigkeit verlieren, wenn die Schubbewehrung erschöpft ist. Ungleichförmige Gesteine erwidern Torsion mit unvorhersehbaren Sprüngen entlang Schwächezonen. Faserbewehrte Werkstoffe verteilen Schubspannungen günstiger, sofern die Fasern schubwirksam angeordnet sind.

Querschnitt und Randbedingungen

Unsymmetrische Querschnitte führen zu Kombinationen aus Biegung und Torsion (Biegetorsion). Exzentrische Lasten – etwa durch Greifen am Rand eines Bauteils – erzeugen zusätzliche Drehmomente. Kurze Hebelarme und zentrisches Angreifen verringern den Verdrehwinkel, lange Hebelarme und einseitiges Zugreifen erhöhen ihn.

Verwindung in Beton- und Stahlkonstruktionen

Im Betonabbruch und Spezialrückbau treten Torsionsbeanspruchungen typischerweise bei Kragplatten, Balken mit asymmetrischer Last, aussteifenden Wandscheiben oder aus dem Verband gelösten Teilflächen auf. Schräg verlaufende Risse deuten auf schub- und torsionsdominierte Zustände hin. Beim Lösen solcher Bauteile sind Schnittfolge, temporäre Abstützung und kontrollierte Krafteinleitung entscheidend, um ungewollte Verdrehungen und Folgeschäden zu vermeiden.

Auswirkungen auf die Arbeitsabfolge

Eine ungünstige Reihenfolge – etwa das frühe Trennen torsionsaktiver Auflager bei noch vorhandener Exzentrizität – kann Verdrehungen verstärken. Besser ist, Bauteile lastfrei zu stellen, Querschnitte zu reduzieren und anschließend zentrisch zu greifen oder zu spalten. Wo möglich, sollten Torsionspfade unterbrochen werden, bevor tragende Querschnitte gelöst werden.

Verwindung im Abbruchwerkzeug: Betonzangen und Stein- und Betonspaltgeräte

Betonzangen wirken mit hohen Schubkräften und erzeugen lokale Kerbspannungen. Schräges Ansetzen oder einseitiges Greifen führt zu Torsionsmomenten in Bauteil und Werkzeug. Eine ausgerichtete, fluchtende Greifposition verringert die Verdrehneigung. Stein- und Betonspaltgeräte arbeiten über Spaltkeile bzw. Zylinder, die Zug- und Spreizkräfte im Bohrloch einleiten. Nicht koaxiale Bohrungen oder einseitig aktivierte Spaltzylinder begünstigen Verwindung im Gesteinsblock.

Praxis bei Betonzangen

• Zentrisch greifen: Greifarme so positionieren, dass die Krafteinleitung möglichst durch die Bauteilmitte erfolgt.
• Parallele Anlagen: Greifflächen parallel ausrichten, um verkantete Lastpfade und Verdrehungen zu vermeiden.
• Kürzere Hebelarme: Nahe am Einspannpunkt arbeiten; lange Hebelarme erhöhen Drehmomente.
• Schrittweise Reduktion: Vorbrechen zu kleineren Segmenten reduziert die Torsionssteifigkeit kontrolliert und senkt ungewollte Verdrehungen.
• Hydraulik kontrollieren: Druckaufbau moderat und gleichmäßig; ruckartige Lastsprünge führen zu Verdrehstößen.
• Drehwerke bedacht nutzen: Rotationsfunktionen nur zur Ausrichtung verwenden, nicht zum Aushebeln torsional verspannter Bauteile.

Praxis bei Stein- und Betonspaltgeräten

• Bohrlochflucht: Bohrungen in einer Linie und mit konstantem Abstand setzen, um symmetrische Spaltkräfte zu gewährleisten.
• Synchrones Spalten: Mehrere Spaltpunkte möglichst gleichzeitig oder in abgestimmter Reihenfolge aktivieren.
• Kanten vermeiden: Spaltkeile nicht zu nah an freien Rändern ansetzen, um torsionale Randabbrüche zu verhindern.
• Unterstützen und entlasten: Vor dem Spalten Bauteile abstützen, damit sich Verdrehungen nicht unkontrolliert entladen.

Verwindung in Felsabbruch und Tunnelbau

In Gesteinsverbänden führt die Kombination aus Kluftsystemen, Schichtungen und ungleichmäßiger Krafteinleitung zu lokalem Verdrehverhalten. Eine sorgfältige Lage der Bohrlochreihen und das abgestimmte Aktivieren der Steinspaltzylinder begrenzen torsionale Drehkeile. Bei Vortrieben und Querschnittserweiterungen im Tunnelbau hilft eine symmetrische Sequenz von Spalt- und Schneidvorgängen, unkontrollierte Drehbewegungen von Blöcken zu vermeiden.

Messung und Beurteilung der Verwindung

Die Bewertung erfolgt über Verdrehwinkel, Rissbilder und Kraft-Weg-Verläufe. Für Bauteile lassen sich Verdrehungen aus relativen Verschiebungen verschiedener Messpunkte ableiten; bei Werkzeugen geben Lager- und Bolzenstellungen sowie ungleichmäßige Druckverläufe Hinweise auf Torsionsbeanspruchungen.

Indizien im Bestand

• Schräg verlaufende, netzartige Risse in Betonbauteilen.
• Abplatzungen an Querschnittsecken durch schubinduzierte Spannungsmaxima.
• Versatz an Fugen oder Anschlüssen, der auf Verdrehung schließen lässt.
• Unruhige, ruckartige Geräuschentwicklung beim Greifen oder Spalten.

Prüftechniken

• Relative Verdrehwinkelmessungen zwischen definierten Punkten.
• Dehnungsmessstreifen und Schubmessungen zur Spannungsableitung.
• Optische Verfahren (z. B. Bildkorrelation) zur Erfassung von Verformungen.
• Numerische Modelle zur Abschätzung torsionaler Schnittgrößen.

Vermeidung übermäßiger Verwindung bei Rückbau und Entkernung

Planung und Ausführung sollten darauf zielen, Verdrehmomente zu minimieren und Lasten kontrolliert umzuleiten. Das betrifft sowohl die Bauteilbearbeitung als auch die Führung der Anbaugeräte, von Betonzangen über Multi Cutters bis zu Stahlscheren.

1. Voruntersuchung: Bauteilgeometrie, Lagerung, Bewehrung, Lastpfade und potenzielle Exzentrizitäten prüfen.
2. Abstützung: Temporäre Stützen setzen, um Verdrehpfade zu unterbrechen.
3. Schnittfolge: Zuerst Querschnitte reduzieren, dann tragende Anschlüsse lösen; Torsion lastarm abbauen.
4. Krafteinleitung: Werkzeuge zentrisch und fluchtend ansetzen; Kantenangriffe vermeiden.
5. Segmentierung: Große Bauteile in kleine, kontrollierbare Einheiten teilen.
6. Überwachung: Verformungen laufend beobachten; bei Verdrehanzeichen Lasten zurücknehmen.

Sicherheit und Arbeitsorganisation

Verdrehungen können sich plötzlich entladen. Eine vorsichtige Arbeitsweise, klare Kommunikation und geeignete Sicherungsmaßnahmen sind wichtig, um Personal und Umgebung zu schützen.

• Arbeitsbereiche gegen unkontrollierte Drehbewegungen räumen.
• Lasten nie ohne Gegenhalt lösen; geeignete Anschlagmittel bereithalten.
• Hydraulikaggregate druckseitig überwachen; Druckstöße vermeiden.
• Werkzeugaufnahmen, Bolzen und Lager regelmäßig inspizieren.
• Teams auf Verdrehindikatoren und Notstopps schulen.

Normative Orientierung und Grenzen der Anwendbarkeit

Die Beurteilung von Torsion in Bauwerken stützt sich auf allgemein anerkannte Regeln der Technik und einschlägige Richtlinien. Für die Umsetzung im Einzelfall sind die Randbedingungen entscheidend: Geometrie, Material, Bauzustand und die gewählten Arbeitsmittel. Planerische und praktische Maßnahmen sollten stets auf das konkrete Objekt und den vorgesehenen Ablauf abgestimmt werden.

Typische Fehlerbilder und Schäden durch Verwindung

Bei Bauteilen sind dies torsionsbedingte Abplatzungen, abgelöste Randbereiche und schief verlaufende Rissfächer. Bei Werkzeugen können verdrehte Greifarme, ungleichmäßig verschlissene Schneiden oder verkantete Zylinder auf torsionale Fehlbeanspruchung hinweisen. Eine Anpassung von Ansatzpunkten und Schnittfolge reduziert solche Effekte deutlich.

Planungshilfen aus der Praxis

Ein Kragarm mit exzentrischer Randlast wird zunächst entlang seiner Länge segmentiert und mit zentrisch geführten Betonzangen bearbeitet; temporäre Abstützungen verhindern Verdrehungen beim Lösen der Auflager. Ein massiver Fundamentblock wird mit Stein- und Betonspaltgeräten in einer fluchtenden Bohrlochreihe bearbeitet; die Spaltzylinder werden synchron aktiviert, damit sich der Block ohne Drehkeilbildung öffnet. Bei Tanks und großformatigen Hohlkörpern reduziert eine symmetrische Schnittfolge mit Kombischeren oder Tankschneidern die Torsionsbeanspruchung der verbleibenden Schalenbereiche.

Zusammenhänge mit anderen Lastarten

Verwindung tritt selten isoliert auf. Häufig wirkt sie mit Biegung, Schub und Längskräften zusammen. Exzentrische Krafteinleitungen erzeugen Biegetorsion; schubschwache Querschnitte reagieren empfindlich. Ein integrales Verständnis der Lastkombinationen hilft, Arbeitsabläufe und Werkzeugführung so zu planen, dass Verdrehungen begrenzt bleiben.

Begriffliche Einordnung

Im technischen Sprachgebrauch beschreibt Verwindung die Torsion mit messbarem Verdrehwinkel. Verdrehung bezeichnet oft die beobachtete Bewegung, während Torsion als Ursache wirkt. In der Praxis ist die klare Trennung weniger wichtig als das sichere Erkennen: Wo Kräfte nicht zentrisch eingeleitet werden, ist mit Verwindung zu rechnen – und entsprechend zu planen.