Die elastische Belagsdehnfuge

Die Elastische Belagsdehnfuge eine direkt befahrene Fahrbahnübergangskonstruktion aus Asphalt, hergestellt aus einem Stützkörper aus Edelsplitt und Polymerbitumen als Vergussmasse. Ihr wesentlicher Vorteil ist, dass sie einen fahrbahnebenen, besonders lärmarmen und verformungsresistenten Fahrbahnübergang zwischen Brückenplatte und Widerlager sowie bei Fugen im Brückenüberbau bildet. Die BD zählt somit zu den Fahrbahnübergangskonstruktionen, die in der RVS 15.04.51 folgendermaßen beschrieben sind:

Brückenübergangskonstruktionen (Dilatationen) dienen der Überbrückung von Fugen zwischen Tragwerk und Widerlager oder zwischen zwei Tragwerken. Alle planmäßigen Bewegungen dieser benachbarten Bauteile sind von den Übergangskonstruktionen möglichst zwängungsfrei aufzunehmen.

Die Übergangskonstruktion ist verkehrssicher, wartungsarm und die Gesamtkonstruktion in der Regel wasserdicht auszubilden und soll beim Befahren einen hohen Fahrkomfort bei möglichst geringer Lärmentwicklung bieten.

Bei Reparatur oder Ersatz bestehender Konstruktionen ist auf den Bestand Rücksicht zu nehmen. Dabei wird zwischen unterschiedlichen Konstruktionsarten unterschieden:

Konstruktionsarten

• Unmittelbar befahrene Konstruktionen
• Profilkonstruktionen
• Mattenkonstruktionen
• Fingerkonstruktionen
• Elastische Belagsdehnfuge (BD)
• Mittelbar befahrene Konstruktionen – Unterflurkonstruktionen
• Sonderkonstruktionen

Wie man aus den oben angeführten Konstruktionsarten erkennen kann, stellt die BD gegenüber den anderen Arten eigentlich einen Fremdkörper dar. Nach meinen Informationen gab es im zuständigen Arbeitsausschuss der FSV durchaus Ansichten, die BD in einer eigenen RVS zu regeln, sie konnten sich jedoch nicht durchsetzen. Bevor auf die technologischen Aspekte der BD (Kapitel 2) eingegangen wird, soll ihre Verankerung in österreichischen und internationalen Regelwerken (Kapitel 1) dargestellt werden. In Kapitel 3 wird ein technologisch anders konzipiertes System präsentiert werden.

1.   BD im österreichischen und internationalen Regelwerk

1.1 Österreich

Die Entwicklung dieser Bauart beginnt am Beginn der Neunziger Jahre. Die ersten Festlegungen finden sich in der RVS 15.45 von September 1998 [1]:

Der Dehnungsspalt wird durch einen Belagsstreifen mit besonderen Materialeigenschaften überbrückt. Der Fugenspalt wird durch ein Abdeckblech “A” mit Zentrierung überbrückt.

2009 wurde in Österreich die Neufassung der RVS 15.04.51 [2] herausgegeben, die keine wesentliche Änderungen betreffend die BD enthält, abgesehen von der Aufnahme der in der Zwischenzeit entwickelten „armierten“ BD.

Auf Basis der RVS 15.45:1998 erfolgten auch die ersten Zulassungen durch das heutige BMVIT, die bereits entsprechend dem RVS-Entwurf vorbereitet wurden. Heute bestehen 14 Zulassungen von 4 Herstellern, mit unterschiedlichsten Dehnwegen bis zu 120 mm. Das Erwirken dieser Zulassungen bedurfte umfangreicher Nachweise sowohl hinsichtlich der Werkstoffe wie auch des Systems.

Werkstoffe
Es ist Bitumen mit den Mindestanforderungen gemäß Tabelle 2, oder ein Material, das mindestens gleiche oder bessere Bedingungen für das Gesamtsystem erbringt, zu verwenden. Aussehen und Beschaffenheit des zu verwendenden Splittgerüstes muss bei Raum- und Vergießtemperatur den ÖNORMEN EN 13043 und B 3130 Korngröße EBK 11/16 oder 16/22, entsprechen. Das Mineralgerüst muss getrocknet, entstaubt und auf 140 bis 170 °C erhitzt eingebaut werden.

Nachweis Formbeständigkeit

Der Nachweis der Formbeständigkeit ist durch einen Dauerüberrollversuch zu erbringen. Dieser Versuch ist bei direkt befahrenen Werkstoffen aus elastischem Material (Belagsdehnfugen BD) anzuwenden. Die Versuchskörper sind so auszubilden, dass sie das gesamte System der Übergangskonstruktion möglichst wirklichkeitsnah wiedergeben. Der Versuch ist als Dauerüberrollversuch auf einem Prüfstand z.B. gemäß Abbildung 30 auszuführen.

Nachweis Kinematik

An den Fugen zwischen Tragwerk und Widerlager  oder zwischen aufeinanderfolgenden Tragwerksteilen treten infolge Tragwerksverformungen, Stützen- und Widerlagerverschiebungen oder Erhaltungsarbeiten (Lagerauswechslungen) Bewegungen der Fugenränder auf. Die Prüfkörper sind so auszubilden, dass sie das kinematische System wirklichkeitsnah wiedergeben.

1.2.    Internationale Regelwerke

Im selben Jahr wie die erste RVS wurden 1998 auch in der Schweiz und in Deutschland Festlegungen für die Belagdehnfuge veröffentlicht, die gemeinsam ausgearbeitet worden sind, sie sind bis heute unverändert gültig.

1.2.1    Schweiz

Die „Richtlinie für Fahrbahnübergänge aus Polymerbitumen“ [3] des Bundesamtes für Strassen enthält neben einem umfangreichen Textteil eine Reihe von Anhängen.

• Anhang 1: Checkliste für Ausführungsanweisung
• Anhang 2: Beispiel Berechnung von horizontalen Bewegungen bei Fahrbahnübergängen
• Anhang 3: Technische Prüfvorschriften
• Anhang 4: Leistungsverzeichnis
• Anhang 5: Einbauprotokoll
• Anhang 6: Formular Objektdaten
• Anhang 7: Kontrollliste für Offerten
• Anhang 8: Fotodokumentation Einbau
• Anhang 9: Fotodokumentation Mängel und Schäden

1.2.2    Deutschland

Die durch die FG für Straßen- und Verkehrswesen herausgegebenen „Zusätzlichen Technischen Vertragsbestimmungen und Richtlinien für die Herstellung von Fahrbahnübergängen aus Asphalt in Belägen auf Brücken und anderen Ingenieurbauwerken aus Beton (ZTV-BEL-FÜ)“ [4] bestehen aus den eigentlichen Vertragsbestimmungen sowie den

• TL-BEL-FÜ Technische Lieferbedingungen für die Baustoffe zur Herstellung von Fahrbahnübergängen aus Asphalt [5] und
• TP-BEL-FÜ Technische Prüfvorschriften für Fahrbahnübergänge aus Asphalt [6].
  

1.2.3    EOTA – European Organisation for Technical Approvals

In den letzten Jahren wurden Regelungen für die BD auch auf der Europäischen Ebene in Angriff genommen:

ETAG 032 Leitlinie für die Europäische Technische Zulassung von Fahrbahnübergängen für Straßenbrücken

Teil 1:  Grundlagen [7]

Teil 3:  Elastische Belagsdehnfugen [8]

• Bezug auf die Wesentlichen Anforderungen der Europäischen Bauproduktenrichtlinie
• Charakteristische Eigenschaften der Komponenten
• Charakteristische Eigenschaften des Systems
• Nachweise und Prüfmethoden (soweit nicht durch EN abgedeckt)
• Mindestinhalte der Einbauvorschriften

Der letzte Entwurf von 2009 enthält folgende Systeme:

Abb. 5: Systeme gemäß Entwurf ETAG 032-3:2009

ETAGs – Leitlinien für Europäische Technische Zulassungen – stellen neben den harmonisierten Europäischen Normen die zweite Schiene der Europäischen Bauproduktenrichtlinie dar, sie werden durch die EOTA – European Organisation for Technical Approvals – ausgearbeitet.

Es obliegt den nationalen Regelsetzern die spezifischen Anforderungen in den nationalen Umsetzungsdokumenten festzulegen.

ETAG 032-3 Leitlinie für die Europäische Technische Zulassung von Fahrbahn- übergängen für Straßenbrücken – Teil 3: Elastische Belagsdehnfugen -->

Nationales Umsetzungsdokument

• neue ÖNORM B xxxx oder
• Überarbeitung der bestehenden RVS 15.05.41 oder
• neue RVS mit Festlegung der für die Verwendung von elastischen Belagsdehnfugen in Österreich geltenden Anforderungen betreffend der in ETAG 032 angeführten Nachweise

Entwurf RVS 15.05.41 von 2010-07:
Die Produktanforderungen und zugehörigen Konformitätsnachweise dieser RVS gelten nicht für jene Konstruktionsarten, für die eine Leitlinie für die europäische technische Zulassung vorliegt, sofern die zugehörige festgelegte Übergangszeit abgelaufen und deshalb die CE-Kennzeichnung nach den landes- bzw. bundesrechtlichen Vorschriften verpflichtend ist. Die in dieser RVS festgelegten Einbauvorschriften sind davon nicht betroffen.

Für die Konstruktionen, für die eine Leitlinie für die europäische technische Zulassung verpflichtend anzuwenden ist, ist dann der jeweils vorliegende zugehörige Anhang zu dieser RVS maßgebend.

2.    Technologie der Belagsdehnfuge

2.1 Österreich: RVS 15.14.51: 2009

5.5.3 Konstruktion – Werkstoffe – Belagsdehnfugen

Es ist Bitumen mit den Mindestanforderungen gemäß Tabelle 2, oder ein Material, das mindestens gleiche oder bessere Bedingungen für das Gesamtsystem erbringt, zu verwenden. Aussehen und Beschaffenheit des zu verwendenden Splittgerüstes muss bei Raum- und Vergießtemperatur den ÖNORMEN EN 13043 und B 3130 Korngröße EBK 11/16 oder 16/22, entsprechen. Das Mineralgerüst muss getrocknet, entstaubt und auf 140 bis 170 °C erhitzt eingebaut werden.

• Daraus ist abzuleiten, dass das Gesteinsgerüst lagenweise einzubauen und mit Vergussmasse aufzufüllen ist. Ein Verweis auf eine Mindestlagendicke liegt nicht vor.

2.2  Bundesamt für Strassen (Schweiz): "Richtlinie für Fahrbahnübergänge aus Polymerbitumen"

5.3 Einbau des Fahrbahnüberganges

Die  zulässigen  Aufbereitungs-  und  Einbautemperaturen  der  Tränkmasse  und  der  Zuschlagstoffe  sind ebenso wie die sonstigen Einzelheiten der Ausführungsanweisung zu entnehmen. Es dürfen nur soviel Zuschlagstoffe vorgelegt werden, wie unverzüglich vergossen werden können. Die maximale Dicke pro Einbauschicht darf 40 mm nicht überschreiten

• Der lagenweise Einbau mit Mindestlagendicke von 40 mm ist vorgeschrieben.

2.3    FG für Straßen- und Verkehrswesen (Deutschland): Zusätzliche Technische Vertragsbestimmungen und Richtlinien für die Herstellung von Fahrbahnübergängen aus Asphalt in Belägen auf Brücken und anderen Ingenieurbauwerken aus Beton (ZTV-BEL-FÜ)

1. Begriffsbestimmungen

Die Muldenfüllung ist ein lagenweise hergestellter dehn- und stauchbarer hohlraumfreier befahrbarer Asphaltkörper aus Splitt und Tränkmasse, ggf. mit dehnungsverteilenden Einlagen. Die Tränkmasse besteht aus polymermodifiziertem Bitumen mit Füllstoffen und ggf. weiteren Zusätzen. Mit ihr werden die Hohlräume des Splitthaufwerks getränkt.

5.3 Einbau des Fahrbahnüberganges aus Asphalt

Es darf nur soviel Splittvorgelegt werden, wie unverzüglich vergossen werden können. Die maximale Dicke pro Einbauschicht darf 4 cm nicht überschreiten. Die Splitttemperatur darf beim Einbau nicht höher sein als die maximal zulässige Tränkmassentemperatur sein, aber nicht unter 150 °C liegen.

• Der lagenweise Einbau mit Mindestlagendicke von 40 mm ist vorgeschrieben.

2.4  Einbau der BD

Die nachstehenden Bilder zeigen den Ablauf bei Vorbereitung und lagenweisem Einbau der elastischen Belagsdehnfuge.

2.5 EOTA – European Organisation for Technical Approvals

ETAG 032 Leitlinie für die Europäische Technische Zulassung von Fahrbahnübergängen für Straßenbrücken

Teil 1: Grundlagen

2.1.2.2 Produktfamilien

Flexible Expansion Joint: An in-situ poured joint comprising a band of specially formulated flexible material (binder and aggregates), which also forms the surfacing, supported over the deck joint gap by thin metal plates or other suitable com- ponents.

[Eine in-situ gegossene Verbindung, die eine Reihe von speziell zusammengesetztem flexiblen Material (Bindemittel und Gesteinskörnungen) enthält,  die auch die Oberfläche formt und die über der Tragwerks- fuge durch dünne Metallplatten oder andere geeignete Komponenten getragen wird.]

Teil 3: Elastische Belagsdehnfugen

3.2.1 Zusätzliche Terminologie zu Teil 1

Joint filling mixture: a solid mass up of a mixture of binder and aggregates providing a strong waterproof and traffic resistant filling for the joint trench.
[Fugenfüllmischung: eine feste Masse aus einer Mischung aus Bindemittel und Zuschlagstoffen, die eine starke wasserdichte und verkehrsfeste Füllung der Fugenmulde sicherstellt.]

• Es liege keine spezifischen Vorschriften für den Einbau (z.B. Lagendicke, Auffüllung eines Ge- steinsgerüstes mit Vergussmasse) vor.

7.3 Ausführung

The installation instructions should have the format shown in the following list where appropriate and should contain ……..

[Die Einbauvorschriften sollen – soweit zutreffend – das Format entsprechend der nachstehenden Auflistung …..… aufweisen.]

• Es obliegt dem Hersteller die Einbaumethodik für die von ihm angebotene Belagsdehnfuge festzulegen.

• Der  Hersteller  muss  die  in  der  ETAG  032  festgelegten  Nachweise  erbringen  (Erstprüfung, werkseigenen Produktionskontrolle und Zertifikat der WPK).

Schlussfolgerung
Alle der in der RVS 15.05.41 sowie in den Richtlinien der Schweiz und von Deutschland angeführten Systeme sind durch die ETAG 032-3 abgedeckt. Nach Inkrafttreten der ETAG obliegt es den nationalen Regelsetzern die spezifischen Anforderungen in den nationalen Umsetzungsdokumenten festzulegen.

Die Tabellen 2 und 3 geben einen Überblick über die Anforderungen, wie sie im Entwurf der ETAG 032-3 angeführt sind. Wie man daraus unschwer erkennen kann, wird es umfangreicher, zum Teil neuer Nachweise bedürfen, um eine Europäische Technische Zulassung gemäß ETAG 032-3 zu erwirken.

3.    System Falcon

Die ETAG 032-3 Leitlinie für die Europäische Technische Zulassung von Fahrbahnübergängen für Straßenbrücken – Teil 3: Elastische Belagsdehnfugen [8] beinhaltet als eine der möglichen Einbautechnologien die Verwendung von fertigem Asphaltmischgut, wenn die entsprechenden Nachweise vorliegen.

Mit dem System Falcon liegt ein Verfahren vor, das dieser Möglichkeit entspricht und das bereits mehrfach eingebaut wurde. An der EMPA wurden am Asphaltmischgut zahlreiche Prüfungen durchgeführt, die zum Teil den in ETAG 032-3 angeführten Verfahren entsprechen.

Das System FALCON kann somit nicht als völlig anderes bzw. neues System bezeichnet werden, da es offensichtlich in Europa bereits angewendet wird, wie aus der Aufnahme in die ETAG 032-3 abzuleiten ist.

In der folgenden Bilderserie, die vom ersten Probeeinbau dieses Systems in Österreich stammen, sind die unter 2.4. schematisch dargestellten Einbauschritte als Praxisbeispiel vorgestellt. Die bisherigen Ausführungen zeigen, dass das vorgestellte System Falcon eine technisch, ausgereifte Lösung für Elastische Belagsdehnfugen (BD) darstellt.

Das Falcon System entspricht der RVS 15.04.51 mit Ausnahme der drei folgenden Punkte.

Gemäß RVS 15.04.51 Punkt 3.1.4 Elastische Belagsdehnfugen (BD) gilt: "Der Dehnungsspalt wird durch einen Belagsstreifen BS mit besonderen Material-eigenschaften überbrückt. Der Fugenspalt wird durch ein Abdeckblech A mit Zentrierung überbrückt. Die elastische Belagsdehnfuge ist auf Tragwerksebene bis auf die Außenkante des Tragwerkes einzubauen."

Das System Falcon sieht hier anstelle des Abdeckbleches eine flexible Konstruktion, die die Fuge beweglich verschließt, vor. Dadurch wird die gleiche Wirkung hinsichtlich Verschluss der Fuge gegenüber der Dichtungsmasse ebenso wie durch das Abdeckblech erreicht. Da aber keine Spannungen abzudecken sind, kann der statische Nachweis wie für das Abdeckblech entfallen.

Die RVS 15.04.51 sieht unter Punkt 5.5.3 „Werkstoffanforderungen an das Gestein“ vor: "Aussehen und Beschaffenheit des zu verwendeten Splittgerüstes muss bei Raum- und Vergießtemperatur den ÖNORMEN EN 13043 und B 3130 Korngröße EBK 11/16 oder 16/22, entsprechen. Das Mineralgerüst muss getrocknet, entstaubt und auf 140° bis 170°C erhitzt eingebaut werden."

Das in der Falcon Asphaltmasse verwendete Gestein, entspricht ebenfalls diesen Anforderungen. Wobei aus Asphalttechnologischen Gründen auch feinere Gesteins-körnungen zugesetzt sind damit die Asphaltmasse im heißen Zustand Fließeigenschaften aufweist die ähnlich von Gussasphalt sind.

Die RVS 15.04.51 sieht unter Punkt 5.5.3 "Werkstoffanforderungen an das Bitumen" vor: "Es ist Bitumen mit den Mindestanforderungen gemäß Tabelle, oder ein Material, das mindestens gleiche oder bessere Bedingungen für das Gesamtsystem erbringt, zu verwenden."

Das in der Falcon Asphaltmasse verwendete Bitumen erfüllt diese Anforderungen.

Die RVS 15.04.51 sieht unter Punkt 5.5.4 "Werkstoffanforderungen an die direkt befahrene besondere Vergussmasse" vor: "Die Anforderungen für die Verwendung als direkt befahrene Vergussmasse (VM), die die Verbindung eine Profilkonstruktion zum Tragwerk bzw. Widerlager herstellt, sind in Tabelle 4 dargestellt. Werden Stahlteile in die Vergussmasse eingebettet, so dürfen diese Teile ohne Korrosionsschutz verbleiben, wenn der Nachweis geführt wird, dass die Vergussmasse alleine den Korrosionsschutz sicherstellt."

Hier ist sicherlich der größte Unterschied zwischen dem Aufbau der elastischen Verfüllung gemäß RVS 15.04.51 und dem System Falcon. Das System Falcon besteht aus einem fabrikmäßig, vorgefertigten Asphaltmischgut das auf der Baustelle beim Einbau durch einen speziellen Mischer erhitzt und homogenisiert wird. Der wechselweise lagenmäßige Einbau von Gesteinskörnungen und flüssigem Bitumen (System gemäß RVS 15.04.51) weist hinsichtlich Homogenität und kompletter Hohlraumverfüllung potenzielle Schwachstellen auf. Besonders im Hinblick auf die sehr heikle Situation durch die notwendige und wechselnde Spannungsverteilung in der Belagsdehnfuge, erfordert es die bestmögliche Homogenität um die Gefahr von Schäden durch Spannungsspitzen zu minimieren. Die Falcon Asphaltmasse bietet hier die besten Voraussetzungen. Ein direkter Prüftechnischer Vergleich ist auf Grund der stark differierenden Zusammensetzung bzw. Aufbaues der Verfüllmasse der Belagsdehnfuge schwierig. Insbesondere im Hinblick auf den Wiederstand gegen bleibende Verformung ist die Prüfung nach dem Spurbildungsverfahren (EN 12697-Teil 22) für die Falcon Asphaltmasse vorzuziehen, da es sich hier um das Europäische Prüfverfahren für Asphaltheißmischgut handelt. Diesbezügliche Vergleichsuntersuchungen laufen bereits.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass das System Falcon für eine Elastische Belagsdehnfuge dem in der RVS geforderten System zumindest gleichwertig ist. Wobei durch die hohe Qualität und Gleichmäßigkeit der Falcon Asphaltmasse ein Verbesserungspotenzial gegenüber der Dichtmasse gemäß RVS 15.04.51 gegeben ist.

Literatur
[1]    RVS 15.45 Brückenausrüstung – Übergangskonstruktionen, FG für das Straßen- und Verkehrswesen, Wien, 1998
[2]    RVS 15.04.51 Brückenausrüstung – Übergangskonstruktionen, FG Straße-Schiene-Verkehr, Wien, 2000
[3]     ASTRA-Richtlinie Fahrbahnübergänge aus Polymerbitumen, Bundesamt für Strassen, Bern, 1998
[4]    ZTV-BEL-FÜ Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Herstellung von Fahrbahnübergängen aus Asphalt in Belägen auf Brücken und anderen Ingenieurbauwerken aus Beton, FG für Straßen- und Verkehrswesen, Köln, 1998
[5]    TL-BEL-FÜ Technische Lieferbedingungen für die Baustoffe zur Herstellung von Fahrbahnübergängen aus Asphalt, FG für Straßen- und Verkehrswesen, Köln, 1998
[6]    TP-BEL-FÜ Technische Prüfvorschriften für Fahrbahnübergänge aus Asphalt, FG für Straßen- und Verkehrswesen, Köln, 1998
[7]    ETAG 032-1 Guideline for European Technical Approval of Expansion Joints for Road Bridges, Part 1: General, Entwurf, European Organisation für Technical Approvals, Brüssel, 2008
[8]    ETAG 032-3 Guideline for European Technical Approval of Expansion Joints for Road Bridges, Part 3: Flexible Plug Expansion Joints, Entwurf, European Organisation für Technical Approvals, Brüssel, 2009

Dipl.-Ing. Dr. Enrico EUSTACCHIO
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