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dipl.Bauing. ETH/SIA Carlo BianchiSynaxis AG, Zürich

Betondecke in direktem Verbund am Beispiel der Einsteinbrücke zur ETH-Zürich

Betondecken auf Brücken sind heute in der Schweiz im Gegensatz zu frü-her selten anzutreffen. Eine Ausnah-me bildet die kürzlich instand gesetz-te Einsteinbrücke in Zürich mit einer Gesamtfl äche von 3.800m2.

1 Funktion von Betondecken auf Brücken

Betondecken auf Brücken haben mindestens folgende Funktionen zu erfüllen:

1. Verschleiß-Schicht für Einwir-kungen des Verkehrs und des Klimas

2. Verteilung von Einzelverkehrslas-ten auf die Konstruktion

3. Ableiten des Oberfl ächenwassers und damit Schutz der Konstruk-tion vor Wasser und insbesondere Chlorideintrag.

Zusätzlich bietet eine Betondecke bei Ausführung in direktem Verbund mit dem Tragwerk:

4. erhöhte Steifi gkeit des Tragwerks im Gebrauchszustand

5. erhöhter Tragwiderstand.

2 Langzeiterfahrungen mit

Betondecken auf Brücken

2.1 Brücken in der Schweiz

In den vergangenen 50 Jahren, insbesondere in den 60er und 70er Jahren wurden zahlreiche Brücken mit Betondecken ausgeführt, wobei die meisten Objekte älter als 20 Jahre sind. Die Betondecken stehen bei

allen Objekten im Verbund mit der Fahrbahnplatte. Der Forschungsbe-richt der Eidgenössischen Material-prüfungsanstalt (EMPA) von 1996, der die Abdichtungen und Beläge auf Brücken untersucht hat, erwähnt rund 50 Brücken mit Betonbelägen unterschiedlicher Bauart und Alters. Davon gehören etwa 30 Objekte zum Nationalstrassennetz, insbesondere der A1, A2, A3 und der A13. 1996 wurden 15 Objekte vom Bundesamt für Strassenbau [1] überprüft. Der Bericht kommt zum Schluss, dass der Hälfte der Brücken ein gutes bis sehr gutes Langzeitverhalten attestiert werden kann, während die Beläge der anderen Hälfte ein unge-nügendes bis teilweise schlechtes (3 Objekte) Verhalten aufweisen. Zu verweisen ist auch auf die statischen

Untersuchungen von D. J. Bänziger von 1969 zur statischen Mitwirkung von Betonbelägen [2].

Eine der Hauptursachen für das teilweise schlechte Verhalten ist ein ungenügender Verbund zwischen Konstruktion und Betonbelag, was zu einer allmählichen Zerstörung des Betongefüges führt. Der Grund für den mangelhaften Verbund liegt oft am aufgebrachten Haftvermittler zwi-schen Konstruktion und Belag. Dieser wirkte in verschiedenen Fällen als Trennschicht.

Aus den letzten 15 Jahren bestehen ebenfalls einige neuere Referenzob-jekte. Ausgewählte Beispiele für Be-tonbeläge im Verbund sind: „Foppa Grande“ auf der A2 Gotthard Süd-rampe (1991), Objekt „Stadtergasse“

Einsteinbrücke mit neuer Betondecke

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auf der A3 bei Sargans (1996), die instand gesetzte Aarebrücke von Maillart in Aarburg (Kt. Aargau, 1996) oder die Ländeanlage Meilen (Kanton Zürich, 2000).

Zu erwähnen sind schließlich die großfl ächigen Betonpisten des Flug-hafens Klotens, welche in den letzten Jahren neu erstellt oder erneuert worden sind. Diese Projekte bestäti-gen, dass Technik und Erfahrung im Betonbelagsbau in der Schweiz bei verschiedenen Unternehmern noch vorhanden ist.

2.2 Brücken im Ausland

Betonbeläge auf Brücken sind in Europa zwar gegenüber dem klas-sischen System Abdichtung/Schwarz-belag in einer klaren Minderheit. Verschiedene Brückenneubauten der letzten 10 Jahre oder auch For-schungsprojekte zeigen aber, dass die Akzeptanz für diese Alternative in anderen Ländern größer ist. Die nachfolgende Tabelle gibt einen kurzen, nicht abschließenden Über-blick über angewandte Systeme im Ausland.

3 Konzepte für Betondecken

auf Brücken

3.1 Allgemeines

Der nicht abschließende Überblick in Kapitel 2 zeigt verschiedene Bauwei-sen für Betondecken auf Brücken auf. Die Bauweisen werden nachfolgend zu Konzepten zusammengefasst. Mit Bezug auf die Schweiz wird dabei zwischen Betondecken auf beste-

Land Kurzbeschrieb:

Deutschland Anwendung: In der Regel nur auf kurzen Brücken (L ca. 10-20 m) Auf langen Brücken selten (z. B. Grenzbrücke Waidhaus, 271 m, 1997)System 1a (Regelbauweise): Abdichtung (PBD, darüber ca. 35 mm Schutzschicht aus GA)Betonbelag (22-26 cm, unbewehrt, Längs- und Querfugen)System 1b, (Ausnahme, z. B. Grenzbrücke Waidhaus):Abdichtung (Flüssigkunststoff)Trenn- und Schutzschicht aus PP-GeotextilBetonbelag (18-22 cm, epoxidbeschichtete Bewehrung, Längs- und Querfugen)

Österreich Anwendung:In der Regel auf kurzen Brücken von Nebenstrassen (L ca. 10-20 m)Auf langen Brücken und Nationalstrassen selten (z. B. A1, Aitertal-brücke, 428 m, 2002)System 1 (Regelbauweise, z. B. Aitertalbrücke):Abdichtung (PBD, darüber 4 cm Schutzschicht aus AB)Betonbelag (ca. 25 cm, unbewehrt, Längs- und Querfugen)System 2 (staatlich gefördert, in Entwicklung):Betonbelag (10-15cm), im Verbund mit best. oder neuem TragwerkHochleistungsbeton für Belag und teilweise auch für das Tragwerk, bewehrt und fugenlos.Referenzen: Badhausbrücke Tulln (1997), Gerstbachbrücke Hainfeld (Fachwerk-Verbund, 1998), Perschlingbachbrücke (Fertigteilbrücke mit Aufbeton, 2001)

Tschechien Anwendung:SeltenSystem 1:Abdichtung (PBD mit 4cm Schutzschicht)Betonbelag (22-26 cm, unbewehrt, Längs- und Querfugen)System 2 (staatlich gefördert, in Entwicklung):Betonbelag (10-15 cm), im Verbund mit best. oder neuem Tragwerk, bewehrt und fugenlosReferenzen: Verschiedene Brücken in Moravia, Instandsetzung nach Flutkatastrophe, 1997)

Schweden Anwendung:In den vergangenen 30 Jahren rund 50-100 BrückenAls Ersatz von AsphaltbelägenSystem 1 (Regelbauweise):Betonbelag (5-15 cm), im Verbund mit Tragwerk, „bonded overlay“Oft mit Hochleistungsbeton, bewehrt, teilweise fasermodifi ziert

USA (u. a. Utah, Michigan, Tennessee, Illinois)

Anwendung:Häufi g, sowohl vorfabrizierte als auch für VerbundbrückenSystem 1 (Regelbauweise):Betonbelag (10 -15cm), im Verbund mit Tragwerk

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henden Brücken und Betondecken auf neuen Brücken unterschieden. Unabhängig vom Konzept ist voraus-zuschicken, dass das Bauwerk und die Betondecke immer als ein System zu betrachten ist. Nur durch eine inte-grale Betrachtung kann gewährleistet werden, dass relevante Einfl ussfak-toren wie Brückentyp (Stahlbeton, Spannbeton, Stahlverbund) oder Brü-ckenlänge beachtet werden.

3.2 Neue Betondecke auf bestehenden Brücken:

Konzept 1: Betondecke im Verbund

rungszeitpunkt, Nachbehandlung, Bewehrungswahl) günstig beeinfl usst werden.

Untergrundvorbereitung:

Entscheidend für einen tadellosen Verbund zwischen altem und neuem Beton ist das Verfahren zur Behand-lung des Untergrunds und die dabei erzielte Rauhigkeit. Gemäß [3] ist ausschließlich das HDW-Verfahren zu wählen. Die Rauigkeit soll dabei min-destens +/- 4 mm betragen. Ein Haft-anstrich ist nicht notwendig. Vor dem Betonnieren muss der Untergrund ausreichend während rund 48 h vorgenässt werden. Aus Erfahrung

derten Schwinden und Temperatur-änderungen aufzunehmen. Dabei sind allfällige Risse zu verteilen und zu begrenzen. Es kann aber auch Bewehrung zugelegt werden, um eine Erhöhung des Tragwiderstands der Brücke zu erreichen. Was die Wahl der Bewehrung betrifft, so sollte auch rostfreier Stahl in die Überlegungen mit einbezogen werden. Insbeson-dere dort, wo die Bewehrung in der Betondecke einen Beitrag zum Tragwiderstand leisten muss oder im rissgefährdeten Bereich negativer Momente von Durchlaufträgern. Zu diesem Schluss kommen auch Un-tersuchungen in Schweden [4] und Tschechien [5].

Belagstärke und Betonrezeptur:

Die Betondecke wird in einer Stärke von 100-120 mm fugenlos ausge-führt. Die Belagsstärke liegt in der gleichen Größenordnung wie jene von Schwarzbelägen, weshalb die-se Variante weder eine Anhebung der Straßenkote noch der ständigen Aufl asten bedeutet. Die Betonrezep-tur ist auf die hohen Anforderungen abzustimmen. Wie Referenzobjekte und neueste Forschungsergebnisse aus Österreich sowie dort eingehol-te Informationen zeigen [6, 7], kann Hochleistungsbeton einen relevanten Beitrag zur Erreichung einer hohen Qualität und Dauerhaftigkeit leisten. Die Ergebnisse aufgrund von Vorver-suchen bei der Ländeanlage in Mei-len im Kanton Zürich bestätigen dies ebenfalls [8].

Fugenübergänge:

An den Brückenenden werden bei längeren Brücken Fugenübergänge angeordnet. Bei kürzeren Brücken

Abdichtung:

Die fugenlose, bewehrte Betondecke übernimmt anstelle einer Abdichtung diese Funktion dank seinem dichten Gefüge. Nachteilig ist dabei, dass die Betondecke aufgrund von Ei-genspannungen aus Zwängungen und Zugspannungen aus Nutzlasten zur Rissbildung neigt. Rissbildung und Rissweiten können jedoch mit den bekannten Maßnahmen (tiefe Frischbetontemperatur, Ausfüh-

können Haftanstriche oder Mörtelvor-lagen bei frühzeitigem Abbinden als Trennschicht wirken.

Verankerung der Plattenränder:

Um eine Ablösung der Plattenränder zusätzlich zu verhindern, werden entlang der Plattenränder Klebeanker gesetzt.

Bewehrung:

Die Bewehrung hat primär die Auf-gabe, Spannungen aus dem behin-

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(< 20 m) oder Unterführungen genügt die Ausbildung einer Belagsraumfuge (z. B. elastisch wirkender Polymer-bitumenverguss).

Statische Mitwirkung:

Der wesentliche Unterschied zu anderen Belagsarten liegt in der statischen Mitwirkung durch den di-rekten Verbund. Dies kann je nach Brückenquerschnitt zu einer rele-vanten Steigerung des Tragwider-stands benutzt werden; sei dies, weil der Widerstand durch die bekannten Schädigungsmechanismen während der bisherigen Nutzung reduziert wor-den ist, oder weil in Zukunft höhere Nutzlasten zugelassen werden müs-sen. Die größte Erhöhung des Trag-widerstands ergibt sich dabei für die auskragenden Konsolplatten, welche vor allem bei älteren Brücken für die neuen Einwirkungen eine oft ungenü-gende Tragsicherheit aufweisen.

Konzept 2: Unbewehrte Betondecke auf Abdichtung

Abdichtung:

Die bestehende Fahrbahnplatte wird klassisch mit Polymerbitumen-Dich-tungsbahnen abgedichtet.

Schutzschicht:

Auf die PBD-Bahn wird ein Asphaltbe-lag (AB oder GA) von ca. 30-40 mm aufgebracht.

Trennschicht:

Auf die PBD-Bahn wird ein Geotextil aufgelegt, das eine Haftung zwischen Beton- und -Asphaltbelag verhindern soll.

Belagsstärke und Betonrezeptur:

Die unbewehrte Betondecke wird in gleichem System (regelmäßige Quer-fugen) und in gleicher Stärke wie auf der freien Strecke durchgezogen [9, S. 154]. Dies bringt ausführungstech-nische Vorteile mit sich.

Fugenübergänge:

Der Übergang zwischen Brückenen-de und freier Strecke ist in Abhän-gigkeit der zu erwartenden Längen-

änderungen zu konstruieren. Dabei wird auf die Hinweise in [9, S. 155] verwiesen.

Mehrlast/statische Wirkung:

Da die Betonstärke in der Regel 24-28 cm betragen wird, führt Konzept 2 jedoch auf Brücken mit langen Spannweiten zu einer re-levanten Erhöhung der ständigen Lasten. Diese Bauweise eignet sich aus statischer Sicht daher eher auf kurzen Brücken < 20 m. Ungünstig ist im Weiteren, dass die Straßeno-berfl äche auf der Brücke und in den Anschlussbereichen um ca. 15 cm angehoben werden muss. In der Re-gel wird dies kostspielige bauliche Anpassungen bei den Randborden, Leitmauern oder Leitplanken zur Fol-ge haben. Die statische Wirkung der unbewehrten Betondecke auf einer Abdichtung beschränkt sich auf die Lastverteilung von Einzellasten und auf eine teilweise Lastabtragung in Querrichtung. Insbesondere die Last-abtragung in Querrichtung kann je-doch zu relevanten Steigerungen des Gesamtwiderstands führen. Damit können möglicherweise teure Verstär-kungsmaßnahmen an Konsolplatten von Brücken, welche nach älteren Normengenerationen bemessen wor-den sind, umgangen werden.

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Konzept 3: Bewehrte Betondecke mit reduzierter Stärke auf Abdichtung

Abdichtung:

Die bestehende Fahrbahnplatte wird klassisch mit Polymerbitumen-Dich-tungsbahnen abgedichtet.

Trenn- und Schutzschicht:

Auf die PBD-Bahn wird ein Geotextil aufgelegt, welches die PBD-Bahn einerseits schützen und andererseits eine Haftung zwischen Betondecke und PBD-Oberfl äche verhindern soll.

Bewehrung:

Die Trennung von Betondecke und Untergrund durch die Abdichtung re-duziert zwar die Eigenspannungen in der Platte im Vergleich zu Konzept 1. Aufgrund der starren Lagerung erge-ben sich jedoch unter schweren kon-zentrierten Lasten zusätzliche lokale Beanspruchungen. Hinzu kommt, dass dünne Platten zum Aufwölben an den Plattenrändern neigen, was weitere Spannungen erzeugt und ungünstige Lagerungsverhältnisse

bewirken kann. Aus diesem Grund empfi ehlt sich neben ausführungs-technischen Maßnahmen (Betonier-zeitpunkt, Rezeptur) [siehe auch 9], eine kräftige Längs- und Querbeweh-rung in Querschnittsmitte einzulegen.

Belagsstärke und Betonrezeptur:

Die bewehrte Betondecke soll eine Stärke von ca. 160-200 mm aufwei-sen. In regelmäßigen Abschnitten werden Querfugen (Scheinfugen, alle 6-8 m) eingefräst. Bei längeren Brü-cken ist die Anordnung von Raum-fugen zu prüfen. Die so unterteilten Platten werden entweder mit einer durchgehenden Bewehrung ausge-führt oder im Bereich der Querfugen verdübelt. Bei kurzen Brücken oder Überführungen (ca. < 15 m) kann auf Querfugen verzichtet werden. Im Hinblick auf die Betonrezeptur gel-ten die Bemerkungen von Konzept 1 sinngemäß.

Fugenübergänge:

Der Übergang zwischen Brückenen-de und freier Strecke ist in Abhängig-

keit der zu erwartenden Längenän-derungen zu konstruieren. Dabei wird auf ein 1997 ausgeführtes Beispiel der Grenzbrücke Waidhaus verwie-sen [9].

Mehrlast/statische Wirkung:

Bei einer Betondeckenstärke von 200 mm entsteht gegenüber einem Schwarzbelag von 11 cm eine Er-höhung der ständigen Lasten um 2.5 kN/m2. Abschätzungen zeigen, dass sich dabei die Summe aller Ein-wirkungen (Eigengewicht, ständige Lasten, Verkehrslasten) fast unabhän-gig von der Spannweite um ca. 5-7 % erhöht. In zahlreichen Fällen wird die Lasterhöhung ohne Verstärkungs-maßnahmen möglich sein, da der tatsächliche Tragwiderstand in der Regel leicht über dem geforderten Normwert liegt und weil die Lastfak-toren für die ständigen Lasten bei Ve-rifi kation der Tragwerkabmessungen um ca. 11 % reduziert werden können (siehe SIA-Normen). Von größerer Bedeutung wird allerdings sein, dass die Strassenoberfl äche um ca. 10 cm angehoben wird. Bestehende Randborde sind dann zu tief, weil sie keinen Anschlag mehr erlauben. Die Leitplanken müssen möglicherweise erhöht werden. Die statische Wirkung einer bewehrten Betondecke auf ei-ner Abdichtung beschränkt sich auf die Lastverteilung von Einzellasten und auf eine teilweise Lastabtragung in Querrichtung. Insbesondere die Lastabtragung in Querrichtung kann jedoch zu erheblichen Steigerungen des Gesamtwiderstands führen. Damit können möglicherweise teure Verstärkungsmaßnahmen an Konsol-platten von Brücken, welche nach

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älteren Normengenerationen bemes-sen worden sind, umgangen werden. Konzept 3 eignet sich dann sehr gut, wenn auf der angrenzenden freien Strecke ein „White Topping“ (Beton-decke auf bestehendem Asphaltbe-lag) vorgesehen ist.

Konzept 4: Kompositbelag im Verbund

Verschleißschicht in einer Stärke von 40-50 mm aufgebracht. Auf Brücken würde sich dank seiner dichtenden Wirkung ein Gussasphalt anbieten. Verwiesen wird auf den Großversuch des ASTRA auf der A6 im Kanton Bern, welcher im Jahr 2000 mit ver-schiedenen Kompositbelagsystemen durchgeführt worden ist.

Leitplanken von Anfang an auf die Belagshöhe abgestimmt werden.

Bei neuen Brücken besteht neben den beschriebenen vier Konzepten noch eine weitere Alternative, nämlich die Ausführung von direkt befahr-baren Brücken mit Hochleistungsbe-ton ohne Abdichtung. Die Variante wird z. B. in Österreich im Rahmen eines Forschungsvorhabens an 4 Ob-jekten aber auch in anderen Ländern untersucht und kann mittelfristig für Bauwerke mit sehr knapper Bauhöhe zu einer interessanten Alternative werden. In den USA wird diese Opti-on ebenfalls mit bereits ausgeführten Objekten verfolgt.

3.4 Neue Ansätze für Betondecken auf Brücken

Betondecke im Verbund mit zusätz-licher FLK-Abdichtung:

In Österreich läuft zurzeit ein For-schungsprojekt, das zwar ebenfalls von einem Verbund von Betondecke und Fahrbahnplatte ausgeht, dazwi-schen jedoch Flüssigkunststoff als Abdichtung auf der Fahrbahnplatte vorsieht.

Ultrahochleistungsfähiger Faserfein-betonkornbeton UHFB (mit Deckbe-lag aus Gussasphalt):

An der ETH in Lausanne (EPFL) läuft augenblicklich ein Forschungsprojekt, das einen Hochleistungs-Feinbeton entwickeln will, der folgende Eigen-schaften aufweist:

Druckfestigkeit > 150 N/mm2

Biegezugfestigkeit > 10 N/mm2

E-Modul > 50.000 N/mm2

Bruchdehnung > 0.25 %

Wie bei Straßen sind auch auf Brü-cken Kompositbeläge denkbar. Dabei soll erinnert werden, dass der Grund-gedanke von Kompositbelägen auf den unterschiedlichen Vorzügen von Schwarzbelägen und Betondecken aufbaut und keine Kompromisslösung darstellt. Diese Einschätzung ent-spricht auch der offi ziellen Meinung des Weltstrassenverbandes (AIPCR). Ein Kompositbelag auf Brücken be-steht wie auf der freien Strecke aus einer durchgehend bewehrten Beton-platte, welche mit oder ohne Verbund (Konzept 1, 2 oder 3) auf der Fahr-bahnplatte aufl iegt. Auf den Betonbe-lag wird ein Schwarzbelag als fl exible

3.3 Neue Betonbeläge auf neuen Brücken:

Für neue Brücken kann wie für be-stehende Brücken zwischen den vier bereits erwähnten Betonbelagsvarian-ten gewählt werden. Der Unterschied besteht darin, dass die Anwendung weiter vereinfacht wird, weil das Tragwerk und das Belagssystem noch stärker aufeinander abgestimmt werden können. Für das Konzept 1, Betonbelag im Verbund, kann bei-spielsweise das Vorspannkonzept so konzipiert werden, dass der Beton-belag ebenfalls eine Vorspannung erhält. Bei Konzept 2 und 3 kann die Randbordhöhe und die Lage der

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Die Hochleistung gegenüber einem Normalbeton liegt in der hohen Zug-festigkeit und dem großen Verfor-mungsvermögen. Die maximale Riss-weite soll bei 0.05 mm liegen. Damit die erforderliche Ebenheit und Griffi g-keit erreicht wird, ist eine Deckschicht aus Gussasphalt vorgesehen.

4 Die Einsteinbrücke, nach 35 Jahren Zeit für eine Instandsetzung

4.1 Einleitung

Die 1972 erbaute Einsteinbrücke dient als Zufahrt zur Eidgenössischen Tech-nischen Hochschule Zürich, Höngger-berg (ETH). Neben dem privaten Ver-kehr sowie Bus und Anlieferung wurde die Brücke in den letzten zehn Jahren intensiv durch den Baustellenverkehr genutzt. Das Bauwerk in Spannbeton besteht aus der 170 m langen und 13.5 bis 17.5 m breiten Zufahrtsbrücke und aus zwei je ca. 65 m langen und 6.0 m breiten Rampen, welche die Hochschule mit der Emil Klöti-Straße verbinden. Insgesamt eine Brückenfl ä-che von 3.800m2.

Eine 1999 durchgeführte Überprü-fung von Brücke und Rampen hat folgende Schäden und Mängel auf-gezeigt:

– undichte Fahrbahnübergänge und dadurch teilweise erhebliche Be-tonabplatzungen und korrodieren-de Lager bei den Widerlagern

– Betonbrüstungen mit Abplat-zungen und korrodierender Be-wehrung sowie schadhafte Ver-gussstellen des Handlaufs auf den Brüstungen

– schadhafter, ausgemagerter As-phaltbelag mit Spurrinnen, wilden Rissen sowie Längs- und Querris-sen

– beschädigte und zum Teil mit Sträuchern bewachsene Fugen der Mittel- und Randborde

– Entwässerung z. T. nicht funktions-tüchtig wegen Verschmutzungen und Belagsverformungen bei den Einlauftassen

– guter Zustand der Untersichten der Zufahrtsbrücke und der Rampen.

Die ETH Zürich plant auf dem Höng-gerberg das Campusprojekt „Science City“, welches zu intensivem Baustel-lenverkehr und anschließend zu einer erheblichen Verkehrszunahme führen wird. Um „Science City“ realisieren zu können, wurde ein neues Verkehrs-konzept entwickelt. Darin spielt die Einsteinbrücke eine zentrale Rolle.

Bedingt durch die zahlreichen hohen Verkehrslasten aus dem Baustel-lenverkehr in Verbindung mit steilen Rampensteigungen und engen Kur-venradien wird die Beanspruchung des neuen Belags während den nächsten 10 Jahren extrem hoch sein. Zusätzlich wird die Verkehrsfl ä-che in den Bereichen von Ein- und Ausfahrten, Einmündungen oder beim neuen Kreisel durch Anfahr- und Bremskräfte beansprucht.

Unter diesen Rahmenbedingungen wurde eine Instandsetzung der Brü-cke ins Auge gefasst, verbunden mit folgenden zentralen Anforderungen für die Dauer der nächsten Erhal-tungsperiode (25 Jahre):

1. Schutz der Konstruktion vor Tau-salz

2. neuer, gegenüber dem Schwerver-kehr aus Anlieferung und Baustel-

Situationsplan mit neuem Verkehrskonzept auf der Einsteinbrücke

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lenbetrieb verformungsbeständi-ger Belag

3. dauerhafte Behebung der Brüstungsschäden.

Dass der üblicherweise eingesetzte, bitumenhaltige Schwarzbelag Mühe

mit diesen hohen Einwirkungen hat, ist bekannt. Aus diesem Grund wurde in der Vorprojektphase ein klassischer bitumenhaltiger Belag mit einer Betondecke im Verbund verglichen.

4.2. Bitumenhaltiger Belag versus Betondecke

Folgende Anforderungen wurden an das Belagsystem gestellt:

– ausreichende Tragsicherheit für die schweren Verkehrslasten aus Bus- und Baustellenverkehr

– interventionsfreie Nutzung während mindestens 25 Jahren

– Schutz der Betonplatte vor chlorid-haltigem Wasser

– genügende Rauhigkeit und Ebenheit

– keine unzulässigen Belagsverfor-mungen

– wirtschaftlich im Bau und unter-haltsarm während der Nutzung

Die Gegenüberstellung der beiden Belagsysteme ergibt folgendes Bild:

Der qualitative Vergleich zeigte we-sentliche Vorteile für die Variante „Be-tondecke“ auf. Zudem sprachen auch die Erstellungskosten für die Beton-variante, was sich unter Einbezug der kürzeren Nutzungsdauer noch deut-licher in den Life Cycle Costs zeigt. Aufgrund der entscheidenden Vorteile schnellere Bauzeit, Klimaunabhängig-keit, Verformungsbeständigkeit und günstigere Erstellungs- und Life Cyc-le Kosten entschied sich Bauherr für eine Betondecke.

4.3 Ausführung der Betondecke

Für Betondecken auf Brücken beste-hen verschiedene Möglichkeiten. Sie können ohne Verbund oder im Ver-bund mit der Konstruktion ausgeführt werden. Für die Einsteinbrücke wurde das Konzept Betondecke im Verbund gewählt, das in Kap. 3.2 und in [10] ausführlich beschrieben ist. Dort sind

Bituminöser Belag mit Polymerbitu-men-Abdichtungsbahnen (PBD)

(Gesamtstärke 110 mm)

Betondecke im Verbund mit Fahrbahn-platte

(Gesamtstärke 120 mm)

Vorteile – Verbreitetes System mit Langzeit-Erfah-

rung – Sehr gute Abdichtungswirkung (PBD)– In der Regel keine Rissbildung – Gute Griffi gkeit der Oberfl äche – Einfache Anpassung an bestehende

bituminöse Beläge

Vorteile – Steigerung der Tragsicherheit, dank

der Verbundwirkung mit der Platte– Geringe Anforderung an Ebenheit des

Untergrunds (nur aufrauen mit HDW)– Dampfdurchlässig – Verformungsresistent (keine Spur-

rinnen) – Abdichtung durch relativ dichtes Korn-

gefüge – Wenig Arbeitsgänge und damit schnel-

le Bauzeit mit kürzeren Verkehrsbehin-derungen

– Nach 3 Tagen befahrbar – Geringe Klimaabhängigkeit der Aus-

führung – Monolithisch mit Randbrüstung ver-

bunden – Lange Nutzungsdauer (50 Jahre)– Einfache Randfugenausbildung – Keine elastischen Fugenvergüsse aus

Polymerbitumen erforderlich – Kostengünstig

Nachteile – Wirkt als Aufl ast – Verformungsempfi ndlich bei hohen

Lasten, insbesondere an heissen Som-mertagen

– Ebener Untergrund zur Aufnahme einer PBD-Abdichtung erforderlich

– Aufwändige Randfugendetails – Fehleranfälliges System bei nicht fach-

gerechter Ausführung – Klimaabhängige Ausführung (bis Mitte

Okt.) – Längere Bauzeit – Abdichtungsentwässerung notwendig – Kürzere Nutzungsdauer (insbesondere

der Deckschicht, der Fugen und der Abdichtung) und damit kürzerer Erhal-tungszyklus

– Teurer als Beton

Nachteile – Gefahr von Rissbildung – Abdichtungswirkung im Rissbereich

reduziert (abhängig von Risstiefe) – Nachbehandlung erforderlich – Erschütterungen während der Erhär-

tung des Frischbetons nicht zulässig – Anpassung an bitumenhaltige Beläge

erfordert Fugenausbildung

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ebenfalls die qualitätsrelevanten Fak-toren erwähnt, welche für Planung und Ausführung zu beachten sind. Betondecken sind unter der Annah-me, dass auch allfällige Risse nicht bis zur Fahrbahnplatte reichen, dicht. Der darunter liegende Konstruktions-beton benötigt daher keine weiteren Abdichtungsmaßnahmen. Nachfol-gend wird näher auf die Ausführung des Betonbelages eingegangen.

Wie meist bei Instandsetzungen unter Verkehr lag das Schlüsselproblem darin, die bautechnisch wünschbaren Etappen auf die aus dem Verkehr

möglichen Einschränkungen abzu-stimmen. Im Sinne einer hohen Aus-führungsqualität und in Absprache mit Bauherr und Polizei konnte die Einsteinbrücke während den kurzen Hauptbauphasen vollständig gesperrt werden. Der Hauptteil des Betonbe-lages (ca. 3.000 m2) wurde in sechs Etappen von Mitte Oktober bis Ende Dezember 2006 eingebaut. Weil Be-tonbeläge im Verbund einen schnel-len Baufortschritt erlauben, konnte die Brücke nach zweieinhalb Monaten Sperrung wieder für den Verkehr frei-gegeben werden.

Zuerst wurde der bestehende Schwarzbelag (ca. 10 cm) mit einer Fräse entfernt. Problematisch war da-bei, dass durch die Unregelmäßigkeit der Oberfl äche die Betondeckung an zahlreichen Stellen abgetragen wurde. Teilweise wurde dabei sogar die Bewehrung beschädigt. Anschlie-ßend wurde die Betonoberfl äche der Fahrbahnplatte und der Brüstung mit Höchstdruckwasserstrahlen (HDW) aufgerauht. Um ein Ablösen der Plattenränder zu verhindern, wurden in regelmäßigen Abständen Klebe-anker gesetzt. Die Oberfl äche des

Brückenquerschnitt (mit Lage der Vorspannkabel)

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bestehenden Betons wurde vor dem Belageinbau während 24 Stunden bewässert. Anschließend wurde die Betondecke in mehreren Etappen (max. 570 m2) eingebaut und mit einem Besenstrich strukturiert. Die Betonqualität bestand aus einem C 30/37, Expositionsklasse XD3 mit einem Größtkorn von 16 mm. Der Zementgehalt lag bei 380 kg/m3. Die

Belagseinbau

tatsächlich eingebrachte Betonstärke variierte von 12-8 cm. Zur Nachbe-handlung wurde ein Curingmittel aufgesprüht mit anschließender Ab-deckung mit Matten. Die Fugen des Betonbelages wurden später ausge-bildet.

Während der Ausführung wurde mit regelmäßigen Frisch-und Festbe-tonprüfungen auf die Einhaltung der

Ziel- und Steuergrößen geachtet (Be-tondruck- und Biegezugfestigkeit).

Fugen wurden jeweils nur entlang den Arbeitsetappen angeordnet, woraus sich fugenlose Flächen von 400-600 m2 ergaben. Die Fugen wur-den ca. 12 h nach dem Betonieren gefräst. Nach rund 5 Monaten wur-den die Fugen mit einer Fugendich-tungsmasse im Kaltverguss verfüllt. Die Verbindung unter den einzelnen Belagsetappen erfolgte mit einer An-schlussbewehrung.

4.4 Neuer Vorbeton für die Brüstungen

Die schadhafte Brüstung wurde innenseitig mit einem Vorbeton ver-sehen und außenseitig lokal instand gesetzt. Die neue Mauerkrone um-fasst die alte Brüstung und schützt die Außenfl äche dank dem Überstand

Querschnitt der neuen Brüstung Ansicht an die fertige Brüstung

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gut vor der Witterung. Dadurch wird in Zukunft eine deutliche Abnahme von neuen Abplatzungen erwartet.

Um einen optimalen Verbund zwi-schen altem und neuem Beton zu erreichen, wurde die bestehende Oberfl äche mit HDW aufgeraut. Der Vorbeton schützt nicht nur sondern bietet genügend Platz für Leerrohre, was das nachträgliche Einziehen von Strom- und Verkehrsleitkabel erlaubt. Die Verbindung Betonbelag/Brüstung erfolgte mit Chromstahlbewehrung.

4.5 Verhalten der Betondecke

Rund 3.000 m2 wurden von Oktober bis Dezember 2006 in fünf Etap-pen ausgeführt. Die verbleibenden 800 m2 folgten zwei weiteren Etappen im Frühjahr 2007. Die Entwicklung der Oberfl äche wurde seit Ende 2006 regelmäßig beobachtet. Zusätzlich wurden bei verschiedenen Etappen Bohrkerne entnommen, um den Auf-bau, den Verbund zum Untergrund und die erwarteten Oberfl ächenrisse zu prüfen.

Rund 80 % der Betondecke zeigte das erwartete Verhalten, nämlich spinnennetzartige Risse mit geringen Weiten von ca. 0.1 mm und einer Risstiefe von < 20 mm. Eine Etappe mit rund 600 m2 zeigte unerwartet breite Risse von ca. 0.2-0.4 mm Brei-te und einer Risstiefe von 60-100 mm. Die Risse gehen dabei teilweise durchs Korn, was belegt, dass die Rissbildung erst mehrere Monate nach der Ausführung erfolgt ist. Die Stärke der Betondecke dieser Etappe lag dabei bei ca. 140-180 mm. Die Gründe dieses unbefriedigenden Verhaltens können in der kalten Bau-

werk- und Umgebungstemperatur (ca. 3 °C) während der Ausführung liegen. Der hohe Zementgehalt von 380 kg/m3 wird die Rissentwicklung ebenfalls begünstigt haben. Da die Bewehrungsüberdeckung trotz der Risse immer noch rund 10 cm be-trägt, wurde entschieden, dass diese Etappe in regelmäßigen Abständen weiter beobachtet wird. Insbesondere soll der Chlorideintrag im Rissbereich durch Laboranalysen überprüft wer-den.

4.6. Kosten

Die Gesamtbaukosten der Instand-setzung der Einsteinbrücke belaufen sich auf ca. 2.5 Mio. CHF (= 1.5 Mio Euro). Der Anteil für den Abbruch des bestehenden Belages und die Erstel-lung der neuen Betondecke samt In-stallation liegt bei ca. 1.050.000 CHF (= 640.000 Euro). Daraus resultiert ein Preis pro m2 Betonbelag von ca. SFr. 280 CHF (170 Euro/m2).

5. Schlussfolgerungen

Betonstraßen sind in der Schweiz auch heute noch mit einem negativen Image behaftet. Dies ist vorwiegend den bekannten Schadensbildern der Betonstraßen aus der 1. und 2. Gene-ration zuzuschreiben, welche in den 60er und 70er Jahre gebaut wurden. Dem können leider die guten Bei-spiele, z. B. die Nationalstrasse N13, Kanton St. Gallen (Strecke Oberried-Haag) nicht entgegen wirken. Denn gute Betonstraßen werden vom Be-nutzer nicht anders als Straßen mit gutem bitumenhaltigem Belag wahr-genommen.

Dieses Negativ-Image belastet auch die Bauweise von Betondecken auf Brücken. Weitgehend unbekannt ist, dass eine große Anzahl von Schwei-zer Nationalstraßenbrücken von 1960 bis 1980 mit Betonbelägen ausge-führt worden sind. Der Forschungs-bericht der EMPA (Eidgenössische Materialprüfungsanstalt) von 1996 [1] kam zum Schluss, dass über die Hälfte der untersuchten Betonbeläge ein gutes bis sehr gutes Langzeit-verhalten aufweisen. Dies deckt sich mit den Erfahrungen im Ausland, im speziellen in Deutschland [9] und Österreich [6, 7], wo Betonbeläge auf Brücken auch heute eine verbreitete Bauweise darstellen.

Die guten Langzeiterfahrungen zeigen, dass hochbelastbare Be-tondecken bei Einhaltung der quali-tätsrelevanten Faktoren wie Verbund, Frischbetontemperatur, Rezeptur, Bewehrung und Nachbehandlung dauerhaft sind und für verkehrsmä-ßig stark belastete Brücken wie die Einsteinbrücke eine ideale und wirt-schaftliche Bauweise darstellt. Für die oft geäußerten Bedenken betreffend Chlorideintrag und Bewehrungskorro-sion sei auf die Forschungsarbeiten von Y. Schiegg [11] und P. Schiessl/M. Raupach [12] hingewiesen. Wer-den die Empfehlungen dieser Arbei-ten beachtet, so lässt sich ein Be-tontragwerk gut und dauerhaft durch einen Betonbelag im Verbund vor Bewehrungskorrosion schützen.

Erwähnt werden soll auch der positive Begleiteffekt der Traglaststeigerung: Dank dem Verbund mit der Fahrbahn-platte bringt der Betonbelag für die Einsteinbrücke eine Traglasterhöhung

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des Brückenträgers um gesamthaft 8 bis 15 Prozent (Biegewiderstand).

Literaturverzeichnis

[1] Fritz, H. W.; Zollikofer, J. W.: Brü-ckenabdichtungen und Brücken-beläge, Bundesamt für Stras-senbau Bern, Nr. 371 (1996).

[2] Bänziger, D. J.: Statische Mitwir-kung von Betondeckbelägen bei Brücken mit Betonfahrbahnplat-ten, Schweizerische Bauzeitung, Heft 15, 10. April 1969.

[3] Menn, C.; e. a.: Teil 1: Verbin-dung von altem und neuem Beton, Forschungsauftrag 82/90, Januar 1993, Bericht Nr. 505.

[4] Paulsson-Tralla, J.: Service life of repaired concrete bridge decks, Department of Structural Engi-neering, Stockholm 1999.

[5] Pospisil, K.: Concrete pave-ments on bridges, Department of Infrastructure, Czech Repu-blic 2004.

[6] Lindlbauer, W.; Zehetner, K.: Hochleistungsbeton für direkt befahrbare Brückentragwerke,

Zement + Beton 43 (1998), Heft 1.

[7] Lindlbauer, W.; e. a.: Hochleis-tungsbeton für direkt befahrbare Brückentragwerke – Anwendung bei der Badhaus-Brücke in Tulln, Der Bauingenieur 73 (1998).

[8] Bianchi, C.: Moderner Beton-belag für Instandsetzung und Erweiterung, update 4/2003.

[9] Eisenmann, J.; Leykauf, G.: Be-tonfahrbahnen, 2. Aufl age, 2003, S. 278-285.

[10] Bianchi, C.: Betonbeläge auf Brücken, Tagungsband der Fachtagung Betonstrassen, S.38-47, Sept. 2004.

[11] Schiegg, Y.: Einfl üsse von Ris-sen in Betontragwerken auf deren Dauerhaftigkeit, TFB-Kurs Nr. 47471/42, 2000.

[12] Schiessl, P.; Raupach, M.: La-boruntersuchungen und Be-rechnungen zum Einfl uss der Rissbreite des Betons auf die chloridinduzierte Korrosion von Stahl und Beton, Der Bauingeni-eur 69, 1994.