Für die rechnerische Dimensionierung der Betondecken im Oberbau von Verkehrsflächen für den Neubau sowie die Erneuerung nach RDO-Beton 09 ist die statische Spaltzugfestigkeit an der unteren beziehungsweise unteren und oberen Scheibe des Betonzylinders beziehungsweise Bohrkerns entsprechend der Vorgaben der AL Sp-Beton zu bestimmen. Aufgrund der unzureichenden Kenntnis der Präzision dieses Prüfverfahrens wurden mit einem breit aufgestellten Ringversuch die statistischen Kennwerte an Labor- und Bestandsbetonen unter Vergleichs- und Wiederholbedingungen auf der Grundlage des FGSV-Merkblatts über die statistische Auswertung von Prüfergebnissen ermittelt. Für eine möglichst gute statistische Absicherung nahmen an dem Ringversuch dreizehn erfahrene Prüfstellen teil. Zur Abdeckung des vielschichtigen Einsatzes des Prüfverfahrens erfolgte der Ringversuch an acht Prüflosen. Dabei berücksichtigen einerseits die Prüflose 1 und 2 mit den im Transportbetonwerk hergestellten Betonzylindern die Erst-/Eignungsprüfung und das darauf aufbauende Prüflos 3 mit Bohrkernen aus einer im Feldversuch hergestellten Fahrbahnplatte mit gleicher Betonrezeptur die Übereinstimmungskontrolle bei Neubaumaßnahmen. Andererseits findet der Einsatz des Prüfverfahrens bei der Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahnplatten bei den Prüflosen 4 bis 7 mit den Bohrkernen aus vier in Waschbetonbauweise ausgeführten Fahrbahnplatten Berücksichtigung. Das zusätzlich aufgenommene Prüflos 8 mit einem Labormörtel dient der Herausarbeitung des Materialeinflusses auf die Präzision der Spaltzugfestigkeitsprüfung. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Präzision der in der AL Sp-Beton beschriebenen Spaltzugfestigkeitsprüfung mit einem Variationskoeffizienten von weniger als 10 % unter Wiederhol- und Vergleichsbedingungen hinreichend genau ist. Der geringe Unterschied zwischen den Variationskoeffizienten unter Wiederhol- und Vergleichsbedingungen lässt zusätzlich den Schluss zu, dass der Einfluss des unterschiedlichen Personals und der verschiedenartigen Prüftechniken bei den einzelnen Prüfstellen relativ gering ist. Die im Rahmen des Ringversuchs gewonnenen Erkenntnisse haben bereits partiell Eingang in die Normung gefunden.
Aufgrund der Altersstruktur des Brückenbestands und der zunehmenden Verkehrsbelastung besteht die dringende Notwendigkeit viele ältere Brücken im Bundesfernstraßennetz zukunftsfähig zu ertüchtigen. Im Rahmen der Ressortforschung des BMVI und der BASt werden die wesentlichen Aspekte analysiert und erforderliche Verfahren entwickelt. Dies betrifft eine netzweite Risikoanalyse hinsichtlich des Erfordernisses von objektbezogenen Betrachtungen, die Weiterentwicklung der Nachrechnungsformate und Entscheidungshilfen zur Unterstützung der Straßenbauverwaltungen im Hinblick auf die Ertüchtigung des Bestands.
Bei der Nachrechnung von Straßenbrücken aus Beton werden häufig rechnerische Tragfähigkeitsdefizite festgestellt. Neben stetig steigenden Beanspruchungen infolge zunehmender Verkehrslastzahlen und einer gleichzeitig alternden Bausubstanz sind diese zum Teil auch auf die mit der Weiterentwicklung der Bauweise fortgeschriebenen bzw. geänderten Nachweisformate zurückzuführen. Im Rahmen der Ressortforschung des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) und der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) werden die Ursachen für die rechnerischen Defizite systematisch analysiert und Lösungsansätze entwickelt. Die Ergebnisse in Form von Berichten, Erfahrungssammlungen bzw. konkreten Richtlinientextvorschlägen fließen kontinuierlich in die Arbeit der Gremien zur Fortschreibung der Regelwerke ein.
Für eine fachgerechte Ausführung des Ersatzes oder Teilersatzes von Betonplatten erfordern konventionelle Methoden ein relativ großes Zeitfenster, da die Verkehrsfreigabe ein Erreichen der erforderlichen Materialfestigkeit voraussetzt. Bei akutem Handlungsbedarf wird daher häufig eine temporäre Instandsetzung mit Asphalt vorgenommen. Seit 2012 werden Einsatzmöglichkeiten und -grenzen eines modularen Schnellreparatursystems für partiell geschädigte Betonfahrbahndecken untersucht. Dabei werden industriell vorgefertigte Betonteile in ihren Abmessungen individuell an den Schadensumfang angepasst und eingesetzt. Wichtige Aspekte stellen dabei die präzise Entfernung des geschädigten Altbetons aus der Fahrbahndecke und eine stabile Einbindung und Bettung des eingesetzten Fertigteils in den vorhandenen Straßenaufbau dar. In einem ersten Schritt wurden theoretische und technische Grundlagen erarbeitet sowie die praktische Anwendung in Orientierungsversuchen erprobt. Im Fokus der durchgeführten Untersuchungen stand die Findung der Fertigteilgeometrie im Kontext mit der Instandhaltung/Instandsetzung von geschädigten Plattenecken beziehungsweise Fugenkreuzen. Zudem wurden die Untersuchungen messtechnisch begleitet, um erste allgemeine Aussagen zur Dauerhaftigkeit zu erlangen. Aufbauend auf den gesammelten Erfahrungen erfolgte in einem zweiten Schritt die Optimierung und Weiterentwicklung des Systems. Dies betrifft im Speziellen die Schneidtechnologie zur Herstellung der verfahrensbedingt benötigten Aussparungen. Im Ergebnis entstanden spezielle Arbeitsgeräte, die eine Instandsetzung geschädigter Plattenbereiche mit kreisrunden Betonfertigteilen ermöglichen. Die Praxistauglichkeit wird gegenwärtig in ersten Anwendungen untersucht.
Für die Instandsetzung von schadhaften Betonfahrbahnplatten mittels "Heben und/oder Festlegen" werden in zunehmendem Maße Injektionsmaterialien aus Kunststoff verwendet. Aktuell existieren für die Prüfung und Bewertung derartiger Materialien mittels straßenbauspezifischer Kennwerte jedoch noch keine hinlänglichen Erfahrungen und Prüfvorschriften. In Laborversuchen wurden nunmehr geeignete Prüfungen und Auswertalgorithmen entwickelt und zweckgerichtete Festigkeitskennwerte an ausgesuchten Materialien bestimmt sowie erste Anforderungswerte formuliert. Zudem wurden die Wirksamkeit und die Dauerhaftigkeit von Unterpressungen im Hinblick auf das verwendete Injektionsmaterial in Praxisversuchen überprüft. Aus den Ergebnissen der Tragfähigkeitsmessungen ließ sich vorerst folgern, dass durch das Unterpressen von Fahrbahnplatten die Tragfähigkeits- und Lagerungsbedingungen signifikant verbessert werden können. Unterschiede in der kurzfristigen Wirksamkeit - im Hinblick auf das verwendete Injektionsmaterial - konnten hierbei nicht explizit deduziert werden. Vielmehr zeigte sich, dass die Dauerhaftigkeit maßgeblich von den vorliegenden Randbedingungen, das heisst, faktisch von der richtigen Auswahl des Materials abhängt.
Die neuen TL/ZTV/TP Fug-StB
(2013)
Eine Betondecke kann nur so gut sein wie ihre Fugen und Fugenfüllsysteme. Funktionierende Fugen sind daher ein wesentlicher Bestandteil der Betonstraße. Nur mit funktionierendem Fugenfüllsystem kann die prognostizierte Lebensdauer einer Betondecke von mindestens 30 Jahren erreicht werden. In diesem Sinne wurden im Jahre 2001 die ZTV Fug-StB 01) eingeführt, um durch technische Vorgaben einen hohen Standard bei der Herstellung von Fugen zu gewährleisten. Aufgrund notwendiger Neuerungen, technischer Weiterentwicklung bei der Herstellung von Fugenmassen und -profilen sowie der Umsetzung der Europäischen Normen in das Deutsche Regelwerk war nach 10 Jahren nun eine Überarbeitung notwendig. Der Entwurf der neuen ZTV Fug-StB gliedert sich nach dem Kapitel "Allgemeines" in vier Teile für die unterschiedlichen Fugenfüllsysteme. Die neuen ZTV Fug-StB sind für Beton- und Asphaltflächen ebenso wie für Verkehrsflächen auf Bauwerken, Pflasterflächen, Schienenfugen und Riss-Sanierungen anwendbar. Es werden neu entwickelte Fugenkonstruktionen behandelt. Die Bedeutung funktionierender Fugen und Fugenfüllsysteme wird anhand aktueller Themen sehr deutlich. Derzeit werden verstärkt Schäden bei Fugen an neuen Betondecken, insbesondere Flankenablösungen und Versprödungen der Fugenvergussmasse beobachtet. Hier werden mögliche Schadensursachen ermittelt mit dem Ziel, über die komplexen Wirkungszusammenhänge ein Fugenfüllsystem mit Heißvergussmassen zu entwickeln, das den technischen Anforderungen an das Gesamtsystem "Betonstraße" gerecht wird.
Als passive Schutzeinrichtungen werden Systeme bezeichnet, die von der Fahrbahn abkommende Fahrzeuge abweisen und aufhalten, wie Stahlschutzplanken oder Betonschutzwände. Schutzeinrichtungen müssen als wichtigsten Eignungsnachweis erfolgreiche Anprallversuche mit handelsüblichen Pkw und/oder Lkw absolvieren. Die Grundlage dafür bilden Europäische Normentwürfe. Bewertungskriterien für die Eignung einer Schutzeinrichtung sind ihr maximales Aufhaltevermögen, ihre dynamische seitliche Auslenkung, das Fahrzeugverhalten und die Insassenbelastung. Durch die Einführung der Europäischen Normen, vermutlich Anfang 1997, wird es auch in Deutschland Veränderungen für die Anforderungen an Schutzeinrichtungen geben. Zukünftig werden Leistungsklassen an Stelle der jetzt in den nationalen Richtlinien explizit genannten Systembeschreibungen treten, das heißt, Schutzeinrichtungen werden nicht nach ihrer Bauart, sondern nach ihrer Leistungsbeschreibung ausgewählt. Die sich abzeichnenden Europäischen Normen bieten ein breites Spektrum neuer Klassen, mit der Möglichkeit, auch in Deutschland höhere Leistungsklassen als bisher wählen zu können. Gleichzeitig wird in Zukunft sicher noch deutlich mehr in die Einrichtung von passiven Schutzeinrichtungen investiert werden müssen, weil nicht nur die Verkehrsbelastung und damit die Gefahr des Abkommens von der Fahrbahn steigt, sondern auch die Schwere der durch Lkw mit höheren Radlasten verursachten Unfälle. Die dazu notwendigen Finanzmittel und die zu erwartenden volkswirtschaftlichen Auswirkungen müssen sorgfältig gegeneinander abgewogen werden. Bei einem vorhandenen Straßennetz von circa 228.000 km (außerorts) in Deutschland und abgeschätzten Kosten für die Umrüstung in dreistelliger Millionenhöhe müssen alternative Überlegungen in Betracht gezogen werden, wie die Orientierung am DTV-Schwerlastverkehr oder eine gewichtete Aufteilung der Mittel auf die verschiedenen Straßenklassen. Aufgrund der angespannten Haushaltssituation wird der zur Verfügung stehende Rahmen zwangsläufig sehr eng sein. Trotzdem muss es vorrangiges Ziel bleiben Schutzeinrichtungen an Straßen aufgrund ihrer positiven Wirkung auf die Unfallfolgen in einer Qualität und in einem Umfang einzusetzen, der allen Verkehrsteilnehmern ein möglichst hohes Maß an Sicherheit bietet.
Ausgelöst durch die auch auf dem Gebiet der passiven Schutzeinrichtungen voranschreitende europäische Harmonisierung sind die nach den "Richtlinien für passive Schutzeinrichtungen an Straßen" in Deutschland am häufigsten eingesetzten Schutzeinrichtungen durch Anprallversuche untersucht worden. Vorrangiges Ziel war die Qualifizierung der Systeme nach den Anforderungen der bereits existierenden Europäischen Normen EN 1317 "Rückhaltesysteme an Straßen". Dazu wurden insgesamt 19 Anprallversuche mit Pkw, Lkw und Bussen als Versuchsfahrzeuge an einer 81 cm hohen Ortbetonschutzwand im "New-Jersey"-Profil und an sechs Stahlschutzsystemen durchgeführt. Die Stahlschutzsysteme ESP 4,0 (B-Profil) sowie EDSP 2,0 (B-Profil) und EDSP 1,33 (B-Profil) besitzen die erwartete Leistungsfähigkeit. Sofern die neuen nationalen Richtlinien für den Einsatz von Fahrzeugrückhaltesystemen, die zur Zeit erarbeitet werden, keine höheren als die bislang geltenden Aufhaltestufen festlegen, können diese Systeme - unter Beachtung der jeweiligen Wirkungsbereiche - weiter verwendet werden. Auch die 81 cm hohe Betonschutzwand im "New-Jersey"-Profil konnte das vorher erwartete Aufhaltevermögen nachweisen. Die Anprallschwere liegt jedoch über der Stufe B, so dass sich ihre Einsatzgebiete auf die Bereiche beschränken, an denen die Gefährdung Dritter - wie zum Beispiel bei der Vermeidung von Durchbrüchen in Mittelstreifen - Priorität hat, ohne dass gleichwertige Systeme mit einer günstigeren Anprallschwere zur Verfügung stehen. Nicht zufriedenstellend waren die Ergebnisse der Versuche an der DDSP 4,0 (B-Profil) und DDSP 2,0 (B-Profil). Erst die Nachrüstung mit einem zusätzlichen Distanzstück führte auch bei der DDSP 4,0 (A- und B-Profil) zu einer bestandenen Prüfung. Die Untersuchung hat gezeigt, dass die einseitig wirkenden Stahlsysteme insgesamt besser funktioniert haben als die zweiseitig wirkenden. Sie können deshalb - doppelt angeordnet - eine Alternative bieten.
Passive Schutzeinrichtungen wie Stahlschutzplanken und Betonschutzwände werden in Deutschland bereits seit den 1950er Jahren eingesetzt und spielen seitdem eine bedeutende Rolle für die passive Sicherheit auf unseren Straßen. Die Entwicklung von passiven Schutzeinrichtungen lässt sich in mehrere Zeitabschnitte von den Anfängen in den 1930er Jahren über die Normung auf europäischer Ebene in den 1990er Jahren bis heute untergliedern. Die Entwicklung der heute bekannten und eingesetzten Stahlschutzplankensysteme hat ihren Ursprung in umfangreichen Versuchsreihen in den 1960er Jahren. Nicht zuletzt auch auf Grund der europäischen Normung ist in den letzten Jahren eine Vielzahl von neuen Systemen hinzugekommen. Jedes System, das auf europäischen Straßen zukünftig eingesetzt werden soll, muss seine Leistungsfähigkeit nach den Vorgaben der Europäischen Normen beweisen. Darin werden einheitliche Anforderungen für die Wirkungsweise von Schutzeinrichtungen bei der Abnahmeprüfung mittels Anprallversuchen festgelegt. Die Auswahl für die nationale Verwendbarkeit der Systeme und deren Einsatzbereiche wird auch weiterhin in nationalen Richtlinien geregelt. Diese zu erarbeiten und umzusetzen, stellt die große Herausforderung für die nächsten Jahre dar.
Zur zerstörungsfreien beziehungsweise zerstörungsarmen Untersuchung von Betonbrücken sind derzeit eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren verfügbar. Neue, zum Teil vielversprechende Verfahren befinden sich im Stadium der Entwicklung. Im Rahmen dieses Berichtes werden die derzeit verfügbaren Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) im Hinblick auf eine Anwendbarkeit im Massivbrückenbau vorgestellt. Im Vordergrund stehen dabei Verfahren, die zur Auffindung von unter der Oberfläche verborgenen Fehlstellen geeignet sind. Grundsätzlich kann festgestellt werden, dass die Anwendung zerstörungsfreier Prüfverfahren durch die inhomogene Zusammensetzung von Beton erschwert wird. Auch durch die Notwendigkeit der Untersuchungen am Bauwerk wird die Anwendung von Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung im Massivbrückenbau erschwert. Weiterhin ergeben sich Randbedingungen, wie zum Beispiel die Vermeidung von Eingriffen in den Verkehr und minimale Eingriffe in das Bauwerk durch die Untersuchung. Eine Analyse der derzeitig verfügbaren Verfahren hat gezeigt, dass zur Lösung von Fragestellungen des Massivbrückenbaus die Anwendung der Verfahren Impuls-Echo, Ultraschall, Durchstrahlung, IR-Thermographie sowie Radar erfolgversprechend erscheint. Werden mehrere Verfahren in Kombination eingesetzt, können umfassende Informationen über den Umfang von Schäden gewonnen werden. Hierdurch lässt sich in vielen Fällen ein umfassendes Bild über den Zustand des Bauwerkes gewinnen. Die in diesem Bericht beschriebenen Verfahren und deren konsequente Anwendung werden zukünftig eine effektivere Identifikation von Problempunkten im Betonbrückenbau ermöglichen.