Technische Erläuterungen zur Hochstraße Süd.

Was ist eine Spannbewehrung?

Reine Betonbauteile ohne Bewehrung (Stahlbewehrung) können zwar eine erhöhte Druckbelastung aufnehmen, aber nur eine geringe Zugbelastungen. Aus diesem Grund werden Betonbauteile in der Regel mit Bewehrung, also Stahl, verstärkt, damit das Betonbauteil eine höhere Zugbelastung aufnehmen kann. In diesem Augenblick der erhöhten Zugbelastung reißt meistens der Beton und die komplette Last (Zugbeanspruchung) wird vom Stahl absorbiert. 

Bei einer Spannbewehrung wird im Vorfeld das Betonbauteil durch den Spannstahl zusammengedrückt. Dieses Zusammendrücken wird erreicht, indem die Spannbewehrung im Bauteil vorgedehnt wird. Es bildet sich somit bei dem vorgespannten Bauteil eine Art leichte Wölbung. Durch diese Wölbung in Kombination mit dem Spannstahl (-bewehrung) kann das vorgespannte Bauteil viel höhere Kräfte aufnehmen  als ein mit normaler Bewehrung hergestelltes Bauteil.

Was bedeuten Korrosionsschäden?

Korrosion bedeutet die Zersetzung eines Stoffes durch seine Umwelt. Im Fall der Korrosionsschädigung bzw. Rostschädigung vom Bewehrungsstahl kommt es zur Zersetzung des Stahls durch die Chloride. Diese Zersetzung findet elektrochemisch im inneren von Stahlbetonbauteilen statt.  Bei diesem elektrochemischen Prozess opfert sich ein Teilbereich des Stahls (es bildet sich Rost). Dieser geopferte Teilbereich des Stahls ist nach einiger Zeit nicht mehr vorhanden. Somit ist an dieser Stelle die lastabtragende Wirkung des Stahls (Übernahme von Zugbeanspruchungen) nicht mehr gegeben.  Es kann zum Versagen des Bauteils führen. 

Was sind Chloride?

Chloride sind die negativen Ionen von Salzen die sich in unserer Umwelt befinden. Die bekanntesten und baupraktisch gängigsten Salze sind Natriumchlorid (NaCl /Kochsalz oder Tausalz) und Calciumchlorid (CaCl2 / Tausalz). Diese Salze werden hauptsächlich im Winter zur Streuung der Straßen benutzt um die Glatteisbildung zu reduzieren. Die daraus resultierenden Chloride dringen in den Beton ein und verbinden sich mit dem darin befindlichen Stahl/Bewehrung.

Warum kann man Schäden an der Abdichtung nicht einfach erkennen?

Die Abdichtung dient zum Schutz des Überbaus der Brücke (siehe hierzu untere Skizze). Der Überbau ist das tragende Stahlbeton- oder Spannbetonbauteil der Brücke. Um die Stahlbewehrung oder Spannstahlbewehrung des Überbaus vor Korrosion zu schützen, dürfen keine Chloride bis zum Stahl gelangen. Dieses wird mit der Abdichtung erreicht. Die Abdichtung besteht meistens aus zwei Lagen Schweißbahn, die auf den Überbau mit Schweißbrennern eingebrannt werden. Da die Schweißbahn nicht befahren werden kann, wird auf diese der Fahrbahnbelag eingebracht. Der Fahrbahnbelag wiederum besteht aus zwei Asphaltschichten unterschiedlicher Mächtigkeit. Die erste Asphaltschicht (Schutzschicht) dient vorrangig zum Schutz der Abdichtung und damit des Überbaus. Die zweite Asphaltschicht (Deckschicht) dient dem Verkehrsteilnehmer als Fahrbahnfläche.

Eine Kontrolle der Abdichtung ist aus dem oben dargestelltem Aufbau nicht möglich. Außerdem können nicht ohne weiteres die Asphaltschichten abgetragen werden, ohne die Abdichtung bzw. Schweißbahn zu zerstören. Falls irgendwann die Abdichtung an einer Stelle undicht ist, gelangen über diese Stelle Chloride in den Überbau die über Jahre Korrosionsschäden verursachen. Diese Korrosionsschäden erkennt man erst, wenn man die Abdichtung entfernt, also die Straße aufreißt, und den Überbau untersucht. Ein jedes Brückenbauwerk besteht hauptsächlich aus folgenden Bestandteilen:

Was ist eine Übergangskonstruktion?

Alle Stoffe in unserer Umwelt verändern ihr Volumen je nach Temperatur. Der bekannteste Stoff, den wir Menschen uns zu Nutzen gemacht haben, ist Quecksilber. Dieser Stoff wurde bei Thermometern eingesetzt, um die menschliche Temperatur zu messen. Über die jeweilige Körperwärme des Menschen konnte man über die Längenausdehnung vom Quecksilber die jeweilige Temperatur ablesen. Nach dem gleichen Prinzip reagieren auch feste Stoffe bei Temperaturveränderung. Bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur dehnt sich der Stoff aus und bei einer Reduzierung der Umgebungstemperatur schrumpft der Stoff wieder zusammen. Die gleichen Eigenschaften besitzt aber auch jede Brücke. Auch eine Brücke muss sich bei erhöhter Umgebungstemperatur ausdehnen und bei niedrigeren Temperaturen zusammenziehen. Da diese Längenausdehnungen bei Brücken mehrere Zentimeter betragen können, ist eine Übergangskonstruktion notwendig, welche dieses  Auseinander- und Zusammenschieben ausgleichen kann.

Querkraftkopplung – warum sind die wichtig?

Querkraftkopplungen sind im Brückenbau sehr selten. Im Fall der "Pilzhochstraße" befinden sich die Querkraftkopplungen im Bereich der Übergangskonstruktionen. Während die Übergangskonstruktionen die Längsverschiebung der Brücke zulassen dienen die Querkraftkopplungen dazu die vertikale Bewegung des Bauwerks am Kragarm-Ende aufgrund der Verkehrsbelastung auf das Nachbarkragarm-Ende zu verteilen. Ohne Querkraftkopplung würde zum Beispiel ein Lkw von einem Kragarmeende auf das Nachbarkragarmende springen müssen bzw. einen Höhenunterschied überwinden müssen. Im Nachgang sind zwei Abbildungen dargestellt um die Funktionsweise der Querkraftkopplungen bildlich nachvollziehen zu können.

Schematische Darstellung ohne Querkraftkopplung

Schematische Darstellung mit Querkraftkopplung

Was ist ein Eingriff in die Statik?

Bevor ein Bauwerk errichtet wird, ist es im Vorfeld notwendig, die Lasten zu definieren, die dieses Bauwerk aufnehmen soll. Der Planer (Statiker) bemisst die jeweiligen Bauwerksteile eines Bauwerks, damit die Lasten letzten Endes in den Untergrund verteilt werden können. Bei dieser Lastenverteilung sind alle bemessenen Bauwerksteile auf die vorgegebenen Lasten ausgelegt, somit können diese Bauwerksteile auch die Lasten aufnehmen. Sobald eines von diesen bemessenen Bauwerksteilen ausgetauscht werden muss, ist ein Eingriff in die vorgegebene Statik des Bauwerks erforderlich.

Praktisches nachvollziehbares Beispiel:
Wenn bei einem Wohnhaus eine tragende Wand entfernt wird, müssen die Lasten, welche die tragende Wand aufgenommen und verteilt hat, über ein Unterzug oder ähnlichen weiter geleitet werden. Dieses Vorgehen ist auch ein Eingriff in die bestehende Statik.

Was ist eine statische Nachberechnung?

Falls ein massiver Eingriff in die Statik eines Brückenbauwerks erforderlich wird, ist eine statische Nachrechnung erforderlich. Die statische Nachrechnung bei Brückenbauwerken wird auf Grundlage der "Nachrechnungsrichtlinie des Bundes für Straßenbrücken im Bestand", welche ein mehrstufiges Berechnungsverfahren vorsieht, durchgeführt. Im Grunde werden alle bei der damaligen Herstellung bemessenen Bauwerksteile nach den heutigen geltenden Normen neu bemessen. Es wird ein Vergleich zwischen Ist-Zustand (damalige Herstellung) und Soll-Zustand (Herstellung nach heutigen Normen) gemacht.