Kriechverhalten in Beton & Gestein

Das Kriechverhalten – die zeitabhängige Verformung von Werkstoffen unter konstanter Last – ist ein zentrales Thema in Rückbau, Abbruch und Gesteinsbearbeitung. Es beeinflusst, wie sich Bauteile und Gesteinskörper nach dem Ansetzen von Kräften verändern, wie Risse wachsen und wie Schnitt- oder Spaltspalten offenbleiben. Für die Praxis mit Geräten der Darda GmbH – etwa Betonzangen, Stein- und Betonspaltgeräten, Steinspaltzylindern, Stahlscheren, Multi Cutters, Kombischeren, Tankschneidern und den zugehörigen Hydraulikaggregaten – bestimmt das Kriechverhalten die optimale Kraftdosierung, Haltezeiten, Nachpresszyklen und Sicherungsmaßnahmen in Einsatzbereichen wie Betonabbruch und Spezialrückbau, Entkernung und Schneiden, Felsabbruch und Tunnelbau, Natursteingewinnung und Sondereinsatz.

Definition: Was versteht man unter Kriechverhalten

Unter Kriechverhalten versteht man die zeitabhängige, bleibende Verformung eines Werkstoffs unter konstanter Spannung. Anders als die sofortige elastische Dehnung entwickelt sich die Kriechdehnung über Minuten, Stunden oder Monate. Beton, viele Gesteine und Polymere zeigen bei Raumtemperatur ausgeprägtes Kriechen; Metalle kriechen vor allem bei erhöhten Temperaturen. Kriechen ist von Schwindung (feuchte-, chemisch- oder temperaturbedingte Volumenänderung ohne äußere Last) und von Spannungsrelaxation (Lastabnahme bei konstanter Dehnung) abzugrenzen. In der Abbruch- und Trenntechnik ist das relevant, weil zeitabhängige Verformungen die Rissführung, das Öffnen von Spalten und das Nachsacken von Bauteilen beeinflussen – mit unmittelbaren Auswirkungen auf die Anwendung von Betonzangen und Stein- und Betonspaltgeräten.

Werkstoffkunde: Kriechen in Beton, Stahl und Gestein

Die Ursachen und Ausprägungen des Kriechens unterscheiden sich je nach Werkstoff.

Kriechen in Beton

Beton verhält sich viskoelastisch bis viskoplastisch: Unter anhaltender Druck- oder Zugspannung fließt die Zementsteinmatrix mikroskopisch, es kommt zu Mikrokriechen an Gel- und Übergangsbereichen sowie zur zeitabhängigen Umlagerung in der Gesteinskörnung. Einfluss nehmen der Wasserzementwert, der Feuchtegehalt (Trocknungs- vs. Eigekriechen), das Alter des Betons, die Temperatur und der Spannungsgrad bezogen auf die Festigkeit. Für die Praxis bedeutet das: Ein durch Betonzangen eingeleiteter Riss kann sich nach dem Lösen der Backen weiter öffnen oder auch partiell schließen; ein mit Stein- und Betonspaltgeräten erzeugter Spalt kann sich über die Zeit vergrößern, wenn Druck- und Grenzflächenkräfte nachwirken.

Kriechen in Gestein

Viele Gesteine (Schiefer, Tone, Salzgestein, aber auch bestimmte Granite) zeigen eine messbare Zeitstandverformung. Mechanismen sind Korngrenzgleiten, Mikrorisswachstum und – bei hohen Einspannungen – Subkritik des Rissfortschritts. Im Felsabbruch und Tunnelbau führt dies zu zeitabhängiger Spaltbildung und gegebenenfalls zu Kriechschluss in engen Öffnungen. In der Natursteingewinnung kann das Kriechen die planbare Trennung entlang Lager- oder Kluftflächen begünstigen – vorausgesetzt, Druckhaltezeiten und Pressfolgen sind auf das Materialverhalten abgestimmt.

Kriechen in Metallen

Bei üblichen Umgebungstemperaturen kriechen Stähle nur gering. Relevanter für Stahlscheren, Multi Cutters, Kombischeren und Tankschneider ist die Rückfederung (elastische Entspannung) unmittelbar nach dem Schnitt sowie die Freisetzung vorhandener Eigenspannungen. Zeitabhängige Verformungen können indirekt auftreten, wenn sich Klemmsituationen nach Lastumlagerungen verändern.

Einflussfaktoren auf das Kriechverhalten

Spannungsniveau: Je höher die Spannung relativ zur Festigkeit, desto größer die Kriechrate; nahe der Druck- oder Zugfestigkeit kann tertiäres Kriechen mit raschem Versagen einsetzen.
Zeit und Lastdauer: Primärkriechen (abklingende Rate), Sekundärkriechen (annähernd stationär) und Tertiärkriechen (beschleunigt).
Temperatur: Erhöht die Kriechneigung in Beton und Gestein; relevant bei sommerlicher Erwärmung, in Tunneln oder bei Brandfolgen.
Feuchte: Trocknung fördert Kriechen im Beton (Trocknungskriechen); Feuchtegehalt und Umgebungswechsel sind entscheidend.
Materialparameter: Wasserzementwert, Zuschlag, Porosität, Alter des Betons, Schichtung/Anisotropie von Gestein.
Geometrie und Randbedingungen: Schlanke Bauteile, Kerben, Bohrlochabstände, Auflagerung, Einspannung und Zwängungen beeinflussen Kriechen stark.
Verstärkung: Bewehrung, Einlagen oder vorhandene Stahlprofile begrenzen Dehnungen, verlagern aber Spannungen zeitabhängig.

Warum Kriechen den Rückbau und die Trenntechnik beeinflusst

In der Anwendung mit Betonzangen und Stein- und Betonspaltgeräten wirkt Kriechen direkt auf Rissinitiierung, Rissfortschritt und Spaltöffnung. Zeitabhängige Umlagerungen können nach einer Belastungsphase zu Nachsacken von Bauteilen oder zu einer zusätzlichen Rissöffnung führen – oder einen Schnittspalt partiell schließen und dadurch Klemmen begünstigen. Für Hydraulikaggregate für Haltezeiten bedeutet dies, dass Haltefunktionen, Nachdrücken und das dosierte Lösen eine wichtige Rolle spielen.

Betonzangen: Nachpressen kann nötig sein, um eine gezielte Spaltbreite zu erreichen; zu frühes Lösen kann Rückfederung und lokale Schließbewegungen erzeugen.
Stein- und Betonspaltgeräte: Druckhaltezeiten fördern die Ausbildung zusammenhängender Risse zwischen Bohrlöchern; Kriechen kann das gewünschte Rissnetz stabilisieren.
Felsabbruch und Tunnelbau: Kriechschluss eng beschalteter Öffnungen ist möglich; kontrollierte Pressfolgen und zeitliche Staffelung reduzieren Risiken.
Entkernung und Schneiden: Beim Trennen von Verbundquerschnitten (Beton mit Stahl) verändern zeitabhängige Umlagerungen die Klemmneigung von Restquerschnitten.

Geräte- und Systemperspektive: Hydraulik, Kräfte, Haltezeiten

Hydraulikaggregate und Werkzeuge der Darda GmbH entfalten ihre Wirkung in einem System, das auf Kraft, Weg und Zeit beruht. Das Kriechverhalten bestimmt, wie lange ein Druck gehalten oder wie eine Backenstellung fixiert werden sollte, um den Riss zu stabilisieren und ungewollte Bewegung zu vermeiden.

Betonzangen: Risssteuerung durch Lastdauer

Bei zangenbasierten Trennvorgängen entstehen Zug- und Schubspannungen, die Risse initiieren. Eine kurze Haltezeit fördert kontrolliertes Aufreißen, eine längere Haltezeit kann – abhängig von Feuchte und Alter des Betons – zusätzliche Kriechdehnung erzeugen und den Riss fortsetzen. In bewehrten Bauteilen ist mit zeitabhängiger Lastumlagerung zwischen Beton und Stahl zu rechnen.

Stein- und Betonspaltgeräte: Presszyklen planen

Beim Spalten über Bohrlöcher werden Spaltzugspannungen eingeleitet. Mehrere Presszyklen mit kurzen Entlastungsphasen erlauben dem Werkstoff, Spannungen über Kriechen und Mikrorissbildung umzubauen. So lassen sich zusammenhängende Risse zwischen den Bohrungen herstellen, ohne die Bauteilkontrolle zu verlieren. Dies gilt insbesondere für den Einsatz von Stein- und Betonspaltgeräten im Überblick.

Felsabbruch und Tunnelbau: Zeitabhängiges Verhalten nutzen und beherrschen

Im Gebirge führt Kriechen zu schleichender Verformung und kann zu Spalt- oder Schließbewegungen im Bereich von Ankerpunkten, Stützen und Tunnelkonturen führen. Für den Einsatz von Steinspaltzylindern empfiehlt sich eine druckzeitlich gestaffelte Vorgehensweise, die die natürliche Rissausbreitung entlang Schwächezonen nutzt. Gleichzeitig sind Sicherungen gegen Kriechschluss (Keile, Unterlagen, temporäre Stützen) vorzusehen.

Natursteingewinnung: Blocktrennung, Lagerung, Jahresgang

Bei der Gewinnung von Naturstein kann das gesteinsabhängige Kriechverhalten die Trennqualität verbessern, wenn Bohrbild, Pressdruck und Haltezeit auf Kluftsysteme und Schichtungen abgestimmt sind. Temperatur- und Feuchteschwankungen zwischen Tageszeiten beeinflussen die Kriechrate; ruhige Haltephasen nach dem ersten Pressimpuls begünstigen ein sauberes Aufgehen des Risses.

Entkernung und Schneiden: Metallische Komponenten und Verbund

Bei Stahlscheren, Multi Cutters, Kombischeren und Tankschneidern steht weniger Kriechen des Werkstoffs als vielmehr die zeitabhängige Entspannung von Verbundquerschnitten im Vordergrund. Nach dem Schnitt können sich Bauteile durch Rückfederung bewegen; vorhandene Restspannungen in Blechen und Profilen bauen sich um. In Verbunddecken oder Stahlbetonbauteilen überlagern sich diese Effekte mit dem Kriechen des Betons – mit Auswirkungen auf Halte- und Sicherungsmaßnahmen.

Messung, Prognose und Bewertung

In der Projektpraxis werden Kriecheffekte über Erfahrungswerte, Materialkennwerte (z. B. Kriechkoeffizient im Beton) und Beobachtung vor Ort berücksichtigt. Für die Einsatzplanung mit Geräten der Darda GmbH haben sich folgende Schritte bewährt:

Voruntersuchung: Materialart (Betonalter, Feuchte, Gesteinsart), Geometrie, Einspannungen, Bewehrung.
Lastniveau definieren: Zielkräfte so wählen, dass Primärkriechen nutzbar, Tertiärkriechen vermeidbar bleibt.
Haltezeiten festlegen: Zeitfenster, in denen Druck gehalten oder Backen geschlossen bleiben.
Monitoring: Markierungen, Messkeile oder Spaltfühler zur Beobachtung von Rissöffnung und Nachsacken.
Nachpressstrategie: Zyklen, die Rissfortschritt fördern, ohne unkontrollierte Brüche zu provozieren.

Praxisleitfaden: Vorgehensweise auf der Baustelle

Schnitt- und Spaltkonzept erstellen: Bohrbild, Ansatzpunkte für Betonzangen, Abstützungen und Abfangungen definieren.
Press- und Haltephasen planen: Druckhöhe und -dauer auf Werkstoff und Bauteil abstimmen; kurze Entlastungen zur Spannungsumlagerung zulassen.
Sicherung gegen Klemmen: Spaltkeile, Unterlagen, temporäre Abstandshalter einsetzen, um Schließbewegungen durch Kriechen zu verhindern.
Sequenzierung: Abschnitte so trennen, dass Lastpfade erhalten bleiben; bei Bedarf mit Steinspaltzylindern vorab entlasten.
Kontrolliertes Lösen: Nach dem Trennen Backen/Druck langsam abbauen, um sprunghafte Bewegungen durch Rückfederung zu vermeiden.
Nachsorge: Spaltbreite prüfen, Keile nachsetzen, Bauteile sichern, bevor der nächste Schnitt oder Pressvorgang erfolgt.

Sicherheit und Qualität im Umgang mit zeitabhängigen Verformungen

Gefahrenbereich freihalten: Kriech- und Rückfederungsbewegungen treten verzögert auf; Personenabstand und Sperrbereiche einhalten.
Bauteile sichern: Abstützen, Unterbauen, Abhängen; keine Lastwechsel ohne Sicherung.
Schrittweise Druckänderung: Plötzliche Entlastung vermeiden; kontrollierter Druckabbau reduziert unvorhersehbare Bewegungen.
Dokumentation: Beobachtungen zu Spaltöffnungen, Haltezeiten, Temperatur und Feuchte festhalten – wertvoll für die Feinabstimmung weiterer Arbeitsschritte.

Abgrenzung zu Schwindung, Relaxation und Rückfederung

Kriechen ist die Zunahme der Verformung bei konstanter Spannung. Schwindung ist verformungswirksam ohne äußere Last (z. B. Feuchteabgabe), kann aber Spannungen erzeugen. Relaxation ist die Abnahme der Spannung bei konstanter Dehnung – typisch in gespannten Elementen oder bei fixierter Backenstellung. Rückfederung ist eine sofortige elastische Teilrückverformung nach dem Lösen der Last und muss bei Schneid- und Zangenvorgängen stets einkalkuliert werden.

Anwendung in den Einsatzbereichen der Darda GmbH

In Betonabbruch und Spezialrückbau, Entkernung und Schneiden, Felsabbruch und Tunnelbau, Natursteingewinnung sowie Sondereinsatz ist das Verständnis des Kriechverhaltens Voraussetzung für planbare, sichere Abläufe. Betonzangen profitieren von bewusst gewählten Haltezeiten zur Rissstabilisierung; Stein- und Betonspaltgeräte und Steinspaltzylinder nutzen Presszyklen, um definierte Trennflächen auszubilden; Stahlscheren, Multi Cutters, Kombischeren und Tankschneider erfordern besondere Aufmerksamkeit für Rückfederung und Lastumlagerungen, die sich zeitabhängig auswirken können.