B 176: Erfahrungssammlung zu Fahrbahnübergängen aus Asphalt in geringen Abmessungen – Belagsdehnfugen
Michael Staeck
52 S., 117 Abb., ISBN 978-3-95606-682-5, 2022 € 15,00
Bei Brücken mit Dehnlängen bis ca. 50 m können Fahrbahnübergänge aus Asphalt zur Anwendung kommen, die seit 2003 in den „Zusätzlichen Techni¬schen Vertragsbedingungen und Richtlinien für In-genieurbauten“ (ZTV-ING Teil 8 Abschnitt 2) [1] ge¬regelt sind, während bei Brücken mit großen Spann-weiten Fahrbahnübergänge aus Stahl eingesetzt werden. Neben den geringeren Kosten liegen die Vorteile dieser Bauweise vor allen Dingen in der Schnelligkeit beim Einbau, der Möglichkeit der fahr-streifenweisen Erneuerung sowie in der geringen Geräuschentwicklung und dem Fahrkomfort bei den Überrollungen durch die Kraftfahrzeuge. Bei kleineren freien Dehnlängen bis ca. 12,5 m werden in der Regel Vergussfugen nach den ZTV Fug-StB [2] eingebaut. In einigen Fällen sind bei Brücken mit bis zu 12,5 m freier Dehnlänge wiederholt schadhafte Vergussfugen aufgefallen und durch Fahrbahnübergänge aus Asphalt ersetzt worden. Das führt dazu, dass in diesen Fällen das zum Einsatz kommende Fahr¬bahnübergangssystem überdimensioniert ist, da die Einbaubreite für Brücken bis 50 m freier Dehn¬länge ausgelegt ist. In diesen Fällen wäre es wegen der geringen Größen der tatsächlich auftretenden Fugenbewegungen sinnvoll, wenn die Möglichkeit bestände, von den festgelegten Abmessungen der Fahrbahnübergänge aus Asphalt abzuweichen. Durch schmalere Einbaubreiten könnten die Einwir¬kungen der Kfz-Überrollungen auf die Fahrbahn¬übergänge aus Asphalt verringert und Verdrückun¬gen vermieden werden. Daher wurden in den letz¬ten Jahren als Ersatz für Vergussfugen nach den ZTV Fug-StB [2] bei Brücken mit geringen freien Dehnlängen sowie beim Übergang von Beton- zu Asphaltfahrbahnen in einigen Fällen Fahrbahnüber¬gänge aus Asphalt in geringer Breite (im Folgenden als „Belagsdehnfugen“ bezeichnet) eingebaut. Aber auch bei Neubauten wurde diese Bauweise in eini¬gen Fällen einer herkömmlichen Vergussfuge nach ZTV Fug-StB [2] vorgezogen, um die Wahrschein¬lichkeit eines Schadens möglichst gering zu halten. Die Einbaubreiten betrugen bei Brücken bis 12,5 m freie Dehnlänge in der Regel 7 cm bis 15 cm. In ei¬nigen Fällen wurden auch Belagsdehnfugen in Brei¬ten von 20 cm bis 45 cm eingebaut. Belagsdehnfugen wurden unter anderem auch ent¬lang von Brückenkappen sowie vor Fahrbahnüber¬gängen aus Stahl und über Kammerwänden einge¬baut. Da die Bauart von den Festlegungen in den ZTV-ING 8-2 [1] abweicht, ist für den Einsatz auf Brücken im Zuge von Bundesfernstraßen eine Zu¬stimmung im Einzelfall erforderlich. In dem nachfolgenden Bericht werden die Bauart sowie die Besonderheiten beim Einbau detailliert beschrieben. Dazu wurde bei einer Baumaßnahme der Einbau begleitet und dokumentiert. Außerdem wurde an 50 ausgesuchten Bauwerken, bei denen Belagsdehnfugen in den letzten 12 Jahren einge¬baut wurden, die Bewährung in der Praxis über¬prüft. Unter den untersuchten Bauwerken waren 32 Brückenbauwerke und 18 Kreisverkehre sowie ein Busbahnhof. An 20 Bauwerken wurden die Belags¬dehnfugen nach 2- bis 10-jähriger Liegezeit inspi¬ziert und bei 30 Bauwerken erfolgte die Erfahrungs¬sammlung auf der Grundlage von Erfahrungsbe¬richten der zuständigen Verwaltungen, für deren Unterstützung wir uns bedanken. Verformungen in den Rollspuren, wie sie bei her¬kömmlichen Fahrbahnübergängen aus Asphalt in einigen Fällen ein Problem darstellen, wurden hier nicht vorgefunden. Durch die verminderte Einbau¬breite konnten die Einwirkungen der Kfz-Überrollun¬gen auf die Belagsdehnfugen verringert werden. Bei den festgestellten Schäden handelt es sich überwiegend um Ablösungen zwischen Belags¬dehnfuge und Asphaltdeckschicht bzw. Betonfahr¬bahn oder um oberflächlich abgetragenes Binde¬mittel in den Rollspuren der Belagsdehnfuge. Allerdings zeigte sich bei den Brückenbauwerken eine deutlich geringere Anzahl von Schäden als bei den Kreisverkehren. Daher wurde die Abhängigkeit der Schadenshäufigkeit von den Einsatzbereichen und den angrenzenden Schichten gesondert be¬trachtet.
Aktualisiert: 2023-01-16
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B 167: M. Staeck, M. Eilers:
Erfahrungssammlung zu Fahrbahnübergängen aus Polyurethan
56 S., 118 Abb., ISBN 978-3-95606-589-7, 2021 € 15,50
Während bei Brücken mit großen Spannweiten Fahrbahnübergänge aus Stahl zur An¬wendung kommen, können für Brücken mit Dehnlän¬gen bis ca. 50 m seit den 1980ern auch Fahrbahnüber¬gänge aus Asphalt eingesetzt werden, die seit 2003 in den „Zusätzlichen Technischen Vertrags¬bedin¬gungen und Richtlinien für Ingenieurbauten“ (ZTV-ING Teil 8 Abschnitt 2) [1] geregelt sind. Ne¬ben den geringeren Kosten liegen die Vorteile dieser Bauweise vor allen Dingen in der Schnelligkeit beim Ein-bau, der Möglichkeit der fahr¬streifenweisen Erneuerung sowie in der geringen Ge¬räuschentwicklung und dem Fahr¬komfort bei den Überrollungen durch die Kraftfahr¬zeuge. Nachteilig ist die begrenzte Standfestigkeit des Fahrbahnübergangssystems, weshalb diese Fahrbahnübergänge nur begrenzt für Lkw-Fahr¬streifen auf hochbelasteten Strecken geeignet sind. Um diesen Nachteil auszugleichen wurden in den letzten Jahren Fahrbahnüber¬gänge aus Polyurea oder Polyurethan entwickelt. Bei Fahrbahnübergängen aus Polyurethan handelt es sich um elastische Belagsdehnfugen, die in ihrer Funk¬tionsweise weitgehend den in den ZTV-ING Teil 8 Abschnitt 2 geregelten Fahr¬bahnübergängen aus Asphalt entsprechen. Anstatt bitumenhaltiger Mas¬sen werden jedoch elastische Polymere auf der Basis von Polyurea oder Polyurethan verwendet. Auf diese Weise wird bei einer hohen Elastizität eine gute Standfestigkeit erreicht, die im Gegensatz zu Fahrbahnübergängen aus Asphalt weitgehend unabhängig von der Temperatur ist. Bisher kommen Fahrbahnübergänge aus Polyu¬rethan auf Brücken im Zuge von Bundesfernstraßen nur mit Zustimmung im Einzelfall des BMVI zum Einsatz. Grundlage für die Zustimmung im Einzelfall ist der prüftechnische Nachweis der Gleichwertigkeit zu den Fahrbahnübergängen aus Asphalt. Für die in diesem Projekt untersuchten Fahrbahnübergänge aus Polyurethan erfolgte dies durch die ETA-12/0260 [2]. In anderen Ländern wie z. B. Österreich, Schweiz oder den Niederlanden wird diese Bauart bereits seit einigen Jahren verwendet. In dem nachfolgenden Bericht werden die Bauart sowie die Besonderheiten beim Einbau detailliert beschrieben. Grundlage ist eine Erfahrungssammlung an 21 ausgesuchten Baumaßnahmen, die in den letzten fünf Jahren ausgeführt wurden. Bei sechs Baumaßnahmen wurde der Einbau begleitet, ebenso die spätere Instandsetzung an zwei dieser Bauwerke. An weiteren 11 Bauwerken wurden die Fahrbahnübergänge aus Polyurethan nach mehrjähriger Liegezeit inspiziert und bei den vier restlichen Bauwerken erfolgte die Erfahrungssammlung auf der Grundlage von Erfahrungsberichten der zuständigen Verwaltungen. Fahrbahnübergänge aus Polyurethan sind eine Alternative zu Fahrbahnübergängen aus Asphalt bei Bauwerken mit hoher Verkehrsbelastung bzw. ruhen¬dem/stockendem Verkehr. Sie wurden außerdem als Ersatz für kleine, nicht mehr funktionstüchtige Fahrbahn¬übergänge aus Stahl eingesetzt, wenn eine schnelle Ausführung oder ein fahrstreifenweiser Einbau gefordert war bzw. ein Eingriff in den Konstruktionsbeton vermieden werden sollte. Aber auch wenn eine Lärmminderung gefordert wird, stellen Fahrbahnübergänge aus Polyurethan eine Alternative zu Fahrbahnübergängen aus Stahl dar. Von den 21 untersuchten Bauwerken mit Fahr¬bahnübergängen aus Polyurethan musste an sechs Bauwerken bereits nach kurzer Zeit eine In¬standsetzung vorgenommen werden. Darunter be¬fanden sich fünf Bauwerke im Zuge von Bundes¬autobahnen. Dies stellt eine Schadenshäufung bei Baumaßnamen im Zuge von Bundesautobahnen dar. An den restlichen 15 Bauwerken sind bisher keine Schäden aufgetreten. Wie die Erfahrungssammlung gezeigt hat, sind bei dem Einbau oftmals Fehler bzw. Ungenauigkeiten aufgetreten, die bei dem überwiegenden Teil der Schäden eine Rolle spielen. Diese wurden dokumentiert und sollen bei zukünftigen weiteren Pilotprojekten berücksichtigt werden. Eine endgültige Beurteilung der Praxistauglichkeit dieser Bauart ist daher erst nach Vorliegen der Ergebnisse dieser weiteren Pilotprojekte möglich.
Aktualisiert: 2023-01-16
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B 158:
Heinz Friedrich, Manfred Eilers, Bert Quaas, Frederik Robrecht, Dmitri Schamne, Michael Staeck
Beanspruchung orthotroper Fahrbahnplatten infolge der Erneuerung des Brückenbelags
30 S., 48 Abb., 2 Tab., ISBN 978-3-95606-538-5, 2020
Bei der ersten Bauwerksprüfung nach dem Austausch des Brückenbelags wird bei Stahlbrücken häufig eine überproportional hohe Anzahl an Schweißnahtrissen in der orthotropen Fahrbahnplatte festgestellt. Die naheliegende Vermutung ist, dass diese Schäden im Zusammenhang mit den Beanspruchungen stehen, die beim Austausch des Brückenbelags entstehen. Relevante Beanspruchungen können beim Entfernen des alten Brückenbelags, z. B. durch die dynamischen Belastungen beim Fräsen oder beim Einbau des neuen Brückenbelags, durch die thermische Belastung beim Einbau des Gussasphaltes oder ggf. beim Walzen, z. B. durch die dynamischen Belastungen beim Verdichten von WalzasphaltDeckschichten auftreten. Verschärft wird die Problematik durch die Entwicklung von immer leistungsfähigeren Maschinen wie Hochleistungsfräsen oder Asphalt-Fertiger mit immer breiteren Einbaubohlen. Im Rahmen des Forschungsprojekts werden Grundlagen für weiterführende Untersuchungen zum Thema „Beanspruchung von Stahlbrücken beim Austausch des Brückenbelags“ erarbeitet und dargestellt. Im Mittelpunkt steht dabei die Temperaturbelastung der Stahlkonstruktion infolge des „Einbaus des neuen Brückenbelags“. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Erneuerungsmaßnahmen fachtechnisch begleitet, um den Prozessablauf zu dokumentieren und um exemplarische Temperaturverteilungen in der orthotropen Fahrbahnplatte während des Asphalteinbaus zu ermitteln. Dabei handelt es sich um folgende Bauwerke: • Rheinbrücke Leverkusen Einbau einer Deckschicht aus Gussasphalt am 20.05.2016. • Wiehltalbrücke Fräsen, Einbau einer Deckschicht aus lärmreduziertem Porous Mastix Asphalt (PMA), Walzen am 17.07.2017. • Rheinbrücke Duisburg-Neuenkamp Einbau einer Deckschicht aus Gussasphalt am 15.08.2017. • Hochmoselbrücke Einbau einer Schutzschicht aus Gussasphalt am 28.06.2019. Die daraus ermittelten Ergebnisse bilden eine erste Grundlage für weitergehende numerische Parameterstudien. Darüber hinaus werden Empfehlungen für zukünftige Baumaßnahmen gegeben.
Aktualisiert: 2023-01-16
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Auch wenn Kosten für die Fugenfüllungen der Randfugen auf Brücken beim Einbau des Belages nur eine untergeordnete Rolle spielen, so haben diese Fugenfüllungen einen großen Anteil an Schäden und den daraus resultierenden Instandsetzungsmaßnahmen. Für die Festlegung der Ausbildung der Fugenfüllungen (z.B. mit oder ohne Unterfüllstoff) und eine Optimierung der verwendeten Materialien ist es wichtig, die tatsächlichen Belastungen, also insbesondere die Fugenbewegungen zu kennen.
Um die tatsächlich auftretenden Fugenbewegungen an der Ruhrtalbrücke Mintard im Zuge der BAB A 52 abschätzen zu können, wurden im Rahmen dieses BASt-Projektes kurzfristige, tageszyklische sowie langfristige Fugenbewegungen an den Randfugen gemessen.
Dabei waren drei Gruppen von Fugenbewegungen zu unterscheiden:
- Fugenbewegungen infolge Tragwerksverformungen durch Verkehrslasten,
- tageszyklische Fugenbewegungen basierend auf Temperaturunterschieden zwischen dem Belag und der Unterlage oder zwischen der Kappe und der Unterlage, sowie auf unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Belages und der Unterlage,
- langfristige bis jahreszyklische Fugenbewegungen, z.B. aus langfristigen bis jahreszeitlichen Temperaturschwankungen.
Für die Fugenbewegungen aus Verkehr ergaben sich Maximalwerte von ca. 16 µm. Bei der Betrachtung der Ergebnisse ist eine Häufung der Fugenbewegungen aus Verkehr in dem Bereich zwischen 10 µm und 16 µm zu erkennen. Die Fugenbewegungen in diesem Bereich können zu einem großen Teil dem Fahrzeugtyp 10 (Sattelfahrzeug mit der Achsfolge 1+1+3) zugeordnet werden. Es ist anzunehmen, dass diese Fugenbewegungen also durch Fahrzeuge mit einem Gewicht im Bereich von 40 t verursacht werden. Der Verlauf der Fugenbewegungen entspricht einer Einflusslinie mit einer Frequenz von ca. 1,1 Hz.
Bei den tageszyklischen Fugenbewegungen ergaben sich für maximale tageszyklische Temperaturunterschiede von 11 K maximale Fugenbewegungen von 0,08 mm. Werden diese gemessenen Fugenbewegungen auf die bei maximal möglichen tageszyklischen Temperaturänderungen von 15 K zu erwartenden Werte extrapoliert, so ergeben sich für die Fugenbewegungen der Ruhrtalbrücke Mintard maximale Fugenbewegungen von 0,12 mm.
In einem zweiten Schritt wurden die langfristigen bis jahreszeitlichen Fugenbewegungen gemessen. Die gemessenen Fugenbewegungen lagen im Mittel bei 0,7 mm (wobei diese Messwerte aufgrund des Messverfahrens auch die Fugenbewegungen aus Verkehr sowie die tageszyklischen Fugenbewegungen enthalten). In einem Einzelfall wurde eine Fugenbewegung von 1,1 mm gemessen.
Bei den im Bereich der Bundesfernstraßen verwendeten Belägen und Abdichtungssystemen nach den ZTV-ING Teil 7 Abschnitt 4 (Abdichtungen im vollen Verbund) kann bei den Randfugen auf Stahlbrücken davon ausgegangen werden, dass die Fugenbewegungen (Summe aus langfristigen, tageszyklischen und verkehrsinduzierten Fugenbewegungen) im Regelfall 1 mm nicht überschreiten. Die tageszyklischen Fugenbewegungen liegen in einer Größenordnung von < 0,2 mm und die verkehrsinduzierten Fugenbewegungen in einer Größenordnung von < 0,02 mm.
Aktualisiert: 2023-01-16
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Heutzutage werden Gussasphalt-Schutzschichten immer öfter mit einer Einbautemperatur von ca. 220 °C eingebaut. Neuere Entwicklungen lassen jetzt sogar Einbautemperaturen zwischen 180 °C und 220 °C zu, ohne die Verarbeitbarkeit der Gussasphalte unzulässig einzuschränken. Für eine gute Verklebung der Gussasphalt-Schutzschicht mit der Abdichtung spielen aber eine ausreichende Erwärmung und teilweise Verflüssigung der obersten Schicht des Abdichtungssystems eine entscheidende Rolle. Vor diesem Hintergrund besteht Klärungsbedarf, welche Auswirkungen die Absenkung der Einbautemperatur des Gussasphaltes auf den Haftverbund zwischen der Schutzschicht und der Abdichtung haben kann. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieses Projektes an ausgesuchten Abdichtungssystemen Untersuchungen über das Haftverhalten bei der Verwendung eines temperaturreduzierten Gussasphaltes durchgeführt.
Aktualisiert: 2023-01-16
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Während früher standardmäßig Gussasphalt-Schutzschichten mit einer Temperatur von 240 °C bis 250 °C eingebaut wurden, werden heutzutage Gussasphalt-Schutzschichten immer öfter mit einer Einbautemperatur von ca. 220 °C eingebaut. Neuere Entwicklungen machen jetzt sogar Einbautemperaturen zwischen 180 °C und 220 °C möglich, ohne die Verarbeitbarkeit der Gussasphalte unzulässig einzuschränken. Für eine gute Verklebung der Gussasphalt-Schutzschicht mit der Abdichtung spielt aber eine ausreichende Erwärmung und teilweise Verflüssigung der obersten Schicht des Abdichtungssystems eine entscheidende Rolle. Vor diesem Hintergrund besteht Klärungsbedarf, welche Auswirkungen die Absenkung der Einbautemperatur des Gussasphaltes auf den Haftverbund zwischen der Schutzschicht und der Abdichtung haben kann. Im Rahmen des Forschungsprojektes AP 05226 wurde nachgewiesen, dass bei den Abdichtungssystemen der Bauart 2 mit Bitumen-Dichtungssystem und der Bauart 3 mit Reaktionsharz/Bitumen-Dichtungssystem bei der Verwendung von temperaturreduzierten Gussasphalten keine signifikante Verschlechterung der Abreißfestigkeiten entsteht. Diese Bauarten sollten also auch bei der Verwendung von temperaturreduziertem Gussasphalt ohne Risiko einsetzbar sein. Bei Abdichtungssystemen der Bauart 1 (Reaktionsharz-Dichtungsschicht) ergaben sich bei der Verwendung eines temperaturreduzierten Gussasphaltes mit einer Einbautemperatur von 180 °C geringere Abreißfestigkeiten als die normalerweise bei einer Gussasphalt-Einbautemperatur von 240 bis 250 °C festgestellten Werte. Für diese Bauart war daher keine endgültige Aussage über die mögliche minimale Einbautemperatur möglich. Im Rahmen des hier vorgestellten Forschungsprojektes sollte geklärt werden, wie sich die Abdichtungssysteme der Bauart 1 bei der Verwendung von Gussasphalt mit Einbautemperaturen von 180 °C, 200 °C, 220 °C und 240 °C verhalten.
Aktualisiert: 2023-01-16
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