Christian Menn hat den Brückenbau bereichert. Seine Projekte genügen ästhetischen Ansprüchen und hielten vertretbare Baukosten ein. Dennoch zweifelte er oft. Eugen Brühwiler, Professor an der ETH Lausanne, erinnert sich.

Christian Menn (1927–2018) war durch und durch Ingenieur: Verstandeskraft als Esprit, kreative Fantasie und Leidenschaft prägten seine Person ebenso wie die Faszination technologischer Möglichkeiten. Er war immer auf der Suche nach der technisch effizientesten Lösung und besorgt um beste Qualität. Kritisch denkend, auch etablierte und normierte «Regeln» infrage stellend, hart mit ­anderen, aber auch mit sich selber, sparsam, nüchtern und prägnant. Bis ins Alter von 91 Jahren blieb er unermüdlich und überraschend.

Ästhetik, Effizienz und Wirtschaftlichkeit

Menn war ein Ästhet. Das Spannungsfeld zwischen Gestaltung und wirtschaftlicher Realität hat ihn immerzu beschäftigt, fasziniert und gequält. Seine Projekte mussten hohen ästhetischen Ansprüchen genügen und dennoch vertretbare Baukosten einhalten. Dies empfand er als die moralische Pflicht des Ingenieurs. Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Ästhetik sind seine Kriterien der «Structural Art» – die neue, eigenständige Kunstform Ingenieurbau, die David P. Billington proklamierte.

Menn verstand Brücken auch als Ausdruck einer kunstaffinen Persönlichkeit, die auf einem soliden wissenschaftlichen Hintergrund und Verständnis der strengen volkswirtschaftlichen Anforderungen an Infrastrukturbauten basieren. Die Rolle der Ästhetik blieb dabei zentral. Auch wenn sie die erste Motivation beim Entwurf sein sollte, darf sie nie die technischen Anforderungen und Gegebenheiten verletzen.

Stets war Menn auf der Suche nach dem noch besseren Entwurf, fand ihn, rastete nicht, ging weiter zum nächsten. Noch im hohen Alter blieb sein Blick nach vorn gerichtet. Er erachtete es als notwendig, seine Brücken und deren Verhalten genau zu analysieren. ­Kritik und Selbstkritik waren wichtige Teile seiner Arbeitsweise, die ihn und seine Entwürfe weiterbrachten. Er konnte die richtigen Fragen stellen, um eine Anregung oder Idee zu gewinnen. Seine Neugier führte ihn zum «Experimentieren», einem Erkunden neuer Gestaltungsmöglichkeiten, dabei neuartige Techno­logien aus der Baustoffkunde und der Baumethoden ausnutzend. Es interessierte ihn nicht, Entwürfe zu kopieren – auch keine Kopie der Sunnibergbrücke an einem anderen Ort, wofür man ihn anfragte. Er schaute nur zurück, um sich an Gehaltvolles und an Fehler zu erinnern. Diesen Anspruch auf Kreativität und ­Originalität hat er stets beibehalten.

Emotional und beharrlich

Der Erfolg seiner Brücken hat Christian Menn Bestätigung gegeben und Selbstvertrauen verliehen. Trotzdem blieb er – aus einem Verantwortungsgefühl gegenüber «seinen» Projekten heraus – bescheiden und ging nüchtern mit Erfolgen um. Seine Dominanz im Schweizer Brückenbau rief Neider und Kritiker hervor, denen er bestimmt gegenübertrat, indem er mit Qualitätsmerkmalen seiner Projekte argumentierte. Es brauchte Energie, um Leute zu überzeugen. Nicht immer blieb er geduldig, und ­zuweilen drückte er sich undiplomatisch aus. Diese Kommentare waren zwar oft in der Sache richtig, aber nicht adäquat formuliert. Er zeigte Emotionen und konnte impulsiv sein.

Manche Berufskollegen zogen es deshalb vor, zu ihm auf Distanz zu gehen. Menn bedauerte dies, denn seine Kritik war nicht persönlich, sondern projektbezogen gemeint. Im privaten Umfeld war er umgänglich, kollegial und liebenswert. In der Projektarbeit aber strebte er mit aller Konsequenz nach der effi­zientesten Ingenieurlösung. Dann war er konzentriert, scharf analysierend, klar beurteilend und kompromisslos gegenüber schwachen Argumenten.

Nah an der Verzweiflung

So bestimmt Menn war, so offen war er gegenüber Neugierigen und Interessierten. Er gab seine Ideen und Erfahrungen Studenten und Berufskollegen preis. Im November 2012 publizierte er seine «Erfahrungen im Schweizer Betonbrückenbau» – ein reichhaltiges Vermächtnis. Gleichzeitig zweifelte und verzweifelte er zuweilen an der Inkompetenz, die ihn umgab.

Eine beachtliche Menge an Projekten wurde und wird nie realisiert, wurde abgeändert oder verunstaltet. Sie zeugen von Misserfolgen und Frustration, die Menn neben dem Ruhm ebenfalls erlebte. Dies betrifft vor allem Projekte während der dritten Schaffensperiode im Ausland, in einem kulturellen Kontext und in einer Baukultur, die nicht immer zugänglich war. Die Projekte in den USA überzeugten zwar durch Kühnheit, waren technisch einleuchtend, und die Bevölkerung war oft begeistert. Doch die damit einhergehende Selbstverständlichkeit, Eleganz und Filigranität ergaben eine Qualität, die bei den Entscheidungsträgern und der beauftragten lokalen Planerschaft nicht immer erkannt wurde. Menn hatte grosse Mühe, diese paradoxe Situa­tion zu akzeptieren, und verurteilte sie scharf. Die nicht gebauten Projekte sind wertvolle Inspirationsquellen.

So war und ist Menn nicht nur bekannt als ­ausführender Ingenieur, sondern gibt uns als Brückendesigner auch studierenswerte, innovative Entwürfe, Ideen und Konzepte weiter.

TEC21, Fr., 2019.06.07

Ist Stahlbeton bei starken Umwelteinflüssen der geeignete Baustoff? ­Zahlreich anfallende Brückeninstandsetzungen werfen diese Frage auf. Der gezielte Einsatz von UHFB ermöglicht der ­denkmalgeschützten Guillermaux-Brücke in Payerne eine weitere lange Nutzungsdauer, sogar mit erhöhter Tragfähigkeit.

Die Stahlbetonbauweise kann mittlerweile auf eine über hundertjährige Geschichte zurückblicken und ist auch heute noch die bedeutendste. Oft stellt sie die billigste Bauweise dar. Wie jedoch die Erfahrung zeigt, neigen Betonbauten zu Mängeln, was ihre Dauerhaftigkeit betrifft: Wasser- und chloridexponierte Bauteile zeigen Schäden infolge Bewehrungskorrosion oder Alkali-­Aggregat-Reaktion. Seit den 1980er-Jahren werden diese Schäden «saniert», und ein Ende ist nicht in Sicht. Auch Betonbauten jüngeren Datums weisen oft schon diese Schadensbilder auf. Eine um 2 bis 3 cm stärkere Bewehrungsüberdeckung, die diesen Problemen entgegenwirken soll, genügt nicht.

Meist sind traditionelle «Sanierungen» von Schäden infolge Bewehrungskorrosion mit Reprofiliermörtel oder Dünnbeschichtungen auf Epoxidharzbasis ästhetisch unbefriedigend und auch wenig dauerhaft. Abdichtungsfolien für Dächer und Brückenplatten sind bei der Anwendung fehleranfällig und erfahrungsgemäss von begrenzter Funktionsdauer.

Daraus muss der Schluss gezogen werden: Für Bauteile, die durch starke Umwelteinflüsse beansprucht werden, ist Stahlbeton offensichtlich nicht die richti­ge Baustoffwahl. Die Betonbauweise und bestehende ­Betonbauten sind grundlegend zu verbessern, damit die versprochene Leistungsfähigkeit auch ein­gehalten werden kann.

Weder Stahl noch Beton, sondern UHFB

Ultrahochleistungs-Faserbeton, UHFB abgekürzt, ist weder Stahl noch Beton, sondern ein eigenständiger Verbundbaustoff. Seine zementgebundene Matrix aus feinen Partikeln, die eine Grösse unter 1 mm aufweisen, wird mit einer sehr grossen Menge von etwa 15 mm kurzen, schlanken Stahlfasern angereichert. Dies macht UHFB hochfest und verformungsfähig. Durch eine ­Optimierung der Partikel und Feinteile erhält man einen ­kompakten Baustoff, der sogar unter Zugbeanspruchung flüssigkeitsdicht und somit dauerhaft ist. UHFB weist gegenüber Normalbeton eine hohe mechanische Festigkeit und Verformungsfähigkeit auf.

Der Baustoff UHFB wurde vor 30 Jahren erstmals hergestellt und seither weiterentwickelt. Seit 1999 wird an der ETH Lausanne das Tragverhalten von UHFB-Beton-Verbundbauteilen untersucht. Bauteile aus Stahlbeton sollen mit dem Hochleistungsbaustoff UHFB gezielt ergänzt werden, um stark exponierte Oberflächen zu schützen und statisch stark beanspruchte Bauteile zu verstärken. Dies führt zu einer Verbesserung der Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit der Betonbaute. Durch den Einsatz von UHFB erfährt das Betonbauwerk somit einen Mehrwert, der eine nächste, lange Nutzungsdauer ermöglicht.

Seit 2004 wurden in der Schweiz zahlreiche Betonbauten mit UHFB instandgesetzt, verstärkt und abgedichtet. Die bisher grösste Anwendung betraf den 2.1 km langen Chillon-Autobahnviadukt entlang des Genfersees bei Montreux (vgl. TEC21 47/2014). Dieses einfache Konzept der «Veredelung» von Betonbauten erfuhr auch die Guillermaux-Brücke über den Fluss Broye in Payerne VD.

Guillermaux-Brücke: klein, aber schmuck

Die 1920–1921 in Betonbauweise erstellte Brücke befindet sich im kantonalen Verzeichnis schützenswerter Bauwerke. Mit ihren verzierten Brüstungen, den vier Obelisken, die vom damaligen Stadtarchitekten Louis Bosset (1880–1950) entworfen wurden, und ihrem flachen Bogen steht sie im Kontrast zu den schlanken und statisch raffiniert konzipierten Betonbrücken von Robert Maillart, bildet aber gleichwohl einen bedeutenden kulturellen Wert aus der Frühzeit des Eisenbetonbaus. Der Ingenieur des Bauwerks ist nicht bekannt.

Die Brücke trägt eine 6.5 m breite Strasse mit beidseitigen Trottoirs. Das primäre Tragwerk aus damaligem Eisenbeton bestand aus einem Dreigelenk­bogen mit Gelenken am Bogenscheitel und an den beiden Widerlagern. Bei einer Bogenspannweite von 27.6 m und einer Scheitelhöhe von nur 2.8 m ergibt sich eine Schlankheit von 1 : 10 des flachen, 0.65 m dicken und 8.2 m breiten Bogens.

Im Bereich des 19 m langen Mittelteils der Brücke lag die Strasse auf einer Auffüllung aus unbewehrtem Füllbeton mit einer Stärke bis zu 1.4 m. Beidseits schliessen je 7.0 m lange Stahlbetonbauteile an. Sie bestehen aus zwei kurzen Sekundärbögen und einer Fahrbahnplatte, die auf dem Dreigelenkbogen aufgelegt sind. In Querrichtung kragen die Leitmauern aus Eisenbeton um 1.1 m gegenüber dem Hauptbogen aus.

Die Brückenkonstruktion war nie mit einer ­Abdichtung versehen, daher konnten Wasser und Tausalze durch die Konstruktion laufen. Obwohl der Bauwerkszu­stand seit Jahrzehnten unbefriedigend war, überlebte die Brücke mehrere alarmistisch verfasste Unter­suchungsberichte. Empfehlungen für einen «dringenden» Ersatzneubau konnten sich nicht durchsetzen, da für die Bevölkerung und Behörden die Brücke ein wichtiger Bestandteil des Stadtbilds und der Stadtgeschichte war.

Eine Renovation der Brücke erfolgte nun im Rahmen der Erneuerung der Guillermaux-Strasse im Jahr 2015. Um eine neue, lange Nutzungsdauer des Bauwerks zu gewährleisten, war die Instandsetzung der Betonschäden mit einer Verbesserung der Dauerhaftigkeit gefordert. Ausserdem bedurfte es einer Erhöhung der Tragfähigkeit, da die Guillermaux-Strasse und somit auch die Brücke heute Teil des Schwerverkehrsnetzes des Kantons sind.

Änderung des statischen Systems

Zur geforderten Erhöhung der Tragfähigkeit wurde das statische System der Brücke neu konzipiert. Das Scheitelgelenk des Bogens wurde blockiert und eine 50 mm starke, mit Betonstahl bewehrte UHFB-Schicht unter der Fahrbahn eingebaut. Diese wirkt als Zuggurt in Brückenlängsrichtung und wurde in den neuen Schleppplatten an den Brückenenden befestigt. Die Schleppplatten sind verzahnt ausgeführt, sodass die zu verankernden Kräfte über Reibung in den Baugrund abgetragen werden können. Die von aussen nicht sichtbare Änderung des statischen Systems führte zu einer deutlichen Reduktion der Biegebeanspruchung und einer höheren Ausnutzung der Druckfestigkeit des massiven Betonbogens.

Gegenüber dem ursprünglichen statischen System wurde die Tragfähigkeit der Brücke mehr als verdoppelt, womit künftig Schwertransportlasten über die Brücke möglich sind. Die Dichtheit der eingebauten UHFB-Schicht schützt den darunterliegenden Eisenbeton vor einem direkten Kontakt mit Wasser und Tausalzen. Dies verbessert die Dauerhaftigkeit der Brücke zukünftig entscheidend.

Die Instandsetzung der Bogenunterseiten und der auskragenden Trottoire erfolgte mit herkömmlichen Methoden. Die Brüstungen mit den Verzierungen und die Obeliske wurden denkmalgerecht restauriert und mit einem hydrophobierenden Oberflächenschutz vor Wassereintritt geschützt. Von den vier Obelisken strahlen nun wieder die ursprünglichen Beleuchtungskörper. Gleichzeitig sorgt eine neue Beleuchtung der Gehwegflächen und der Verzierungen in den Brüstungen für zusätzliche Helligkeit.

Die Arbeiten verliefen 2015 ohne nennenswerte Schwierigkeiten. Die Baukosten betrugen 2200 Franken pro Quadratmeter nutzbarer Brückenfläche, was etwa 50 % der geschätzten Kosten für einen Ersatzneubau entsprach. Die bald 100-jährige Brücke ist nun, wie eine neuwertige Brücke, genügend leistungsfähig für eine nächste, lange Nutzungsdauer.

Veredeln statt ersetzen

Stellvertretend für viele andere Anwendungen veranschaulicht die Guillermaux-Brücke die Konzeptidee der Veredelung von Betonbauten mithilfe des Hoch­leistungsbaustoffs UHFB. Damit können Betonbauten jeglichen Alters ertüchtigt, verbessert und einer neuen Nutzungsdauer zugeführt werden. Die Eingriffe sind bei entsprechender Planung nicht sichtbar und beeinträchtigen somit nicht das ursprüngliche Aussehen, das oft die ästhetische Qualität eines Betonbaus ausmacht. Dies macht die UHFB-Technologie besonders für baukulturell wertvolle Objekte interessant. Ein moderner Baustoff für die Denkmalpflege!

Doch die UHFB-Technologie besteht auch bei üblichen, profanen Bauwerken erfolgreich. Oftmals geringere Kosten gegenüber traditionellen «Sanierungen» oder Ersatzneubauten und Einsparungen beim zukünftigen Unterhalt sind gewichtige, gern gehörte Argumente bei der Bauherrschaft.

In Sachen Nachhaltigkeit kann die Veredelung von Bauwerken mit dem Hochleistungsbaustoff UHFB einen weiteren Trumpf ausspielen. Bestehende bereits verbaute Baustoffressourcen können nach wie vor ihre Aufgabe erfüllen. Demgegenüber schneidet das heute noch übliche Ersatzneubauen, auch wenn es ­möglichst umweltfreundlich ausgeführt wird, meist deutlich schlechter ab. Das Veredeln von Betonbauten mit UHFB ist somit im Sinn eines haushälterischen Umgangs mit Ressourcen nicht nur sinnvoll, sondern auch notwendig.

TEC21, Fr., 2017.09.22

Ultrahochleistungs-Faserbeton eröffnet neue Möglichkeiten für Ingenieure und Architekten. Aber was ist UHFB, und wieso ist er als Baustoff geeignet? Ein anschauliches Beispiel anhand der Bemessung einer Bahnbrücke.

Seit jeher führen neuartige Baustoffe zu Fortschritten im konstruktiven Ingenieurbau. Ihre Anwendung beschränkt sich nicht einfach darauf, die herkömmlichen Baustoffe zu ersetzen. Vielmehr basiert die wirtschaftlich effiziente und qualitativ hochstehende Anwendung neuer Materialien auf einem kreativen Tragwerkskonzept und einem tiefen Verständnis ihrer Eigenschaften. In den letzten 20 Jahren wurden die Eigenschaften faserverstärkter, zementgebundener Verbundbaustoffe deutlich verbessert, woraus die sogenannten Ultrahochleistungs-Faserbetone (UHFB)[1] entstanden sind. Die Grundidee des Bauens mit UHFB besteht darin, das Beste der Betonbauweise, d. h. Zement, Bewehrungsstahl, Vorspannung und vielfältige Formbarkeit, und der Stahlbauweise, d. h. leichte, dünne und vorgefertigte Bauteile und schnelle Baumethoden, möglichst optimal zu kombinieren. Die EPFL erforscht und entwickelt den neuartigen Baustoff UHFB seit 15 Jahren, und seit zehn Jahren wird er vorwiegend für die Verstärkung und Abdichtung von Brücken- und Hochbauplatten eingesetzt.[2]

UHFB ist weder Beton noch Stahl, sondern ein neuer Verbundbaustoff (Abb. S. 20): UHFB enthält eine zementgebundene Matrix aus reaktiven Feinstoffen (Zement) und feinen Quarzsanden mit einer Korngrösse von maximal 1 mm. Diese Matrix wird durch schlanke Kurzfasern in hoher Dosierung verstärkt. Diese Fasern sind in der Regel aus Stahl, höchstens 15 mm lang und 0.2 mm dick und machen mindestens 3 % des Volumens aus. Bauteile aus UHFB werden als «Bleche» und «Rippen» bezeichnet, mit üblichen Stärken von 30 bis 80 mm. Die Abmessungen sind in Millimetern angegeben, da die Zentimeterpräzision des Betonbaus nicht mehr hinreichend ist.

Bei Tragwerken aus UHFB werden wegen ihres hohen Elastizitätsmoduls Stahlfasern eingesetzt. Um die Tragfähigkeit und Robustheit von UHFB zusätzlich zu erhöhen, wird er mit Betonstahl oder Spannstahl bewehrt, der aber nur in der Haupttragrichtung eingelegt wird. In Anlehnung an den Begriff «bewehrter Beton» spricht man in diesem Fall von «bewehrtem UHFB». Flächenelemente wie Bleche enthalten in der Regel keine Bewehrung. Für mechanisch wenig beanspruchte Bauteile wie Fassadenverkleidungen wird UHFB häufig mit synthetischen Fasern hergestellt, und das Einbringen von Bewehrung ist in diesem Fall kaum erforderlich.

Ein grosses Entwicklungspotenzial der UHFB besteht im Verbund mit Stahl, Holz oder Beton. Dieser Bereich bedarf noch weiterer Forschung und Entwicklung, doch in erster Näherung können die bestehenden Regeln für Verbundbauweisen übernommen werden.

UHFB-Bauweise im Brückenbau

Auf Anfrage der SBB wurde eine Überführung aus UHFB mit 15 m Spannweite geplant (Abb. oben), ein häufiger Bauwerkstypus, der hohen Nutzlasten ausgesetzt ist.

Dieser Ersatzneubau einer bestehenden Strassenunterführung im städtischen Raum erfüllte bestens die örtlichen Rahmenbedingungen: Wegen der Lichtraumprofile der Bahn und der Strasse war die Tragwerkshöhe auf 1.35 m begrenzt. Der Standort im städtischen Gebiet liess zudem wenig Platz für eine Baustelle, und der Bahnbetrieb durfte höchstens eine Nacht lang unterbrochen werden. Diese Rahmenbedingungen sprachen gegen eine Betonkonstruktion, die drei- bis viermal schwerer gewesen wäre.

Die UHFB-relevanten Baukosten sind wie folgt geschätzt: Herstellung der neun Fertigteile inklusive Bewehrungsstahl: 45 000 Fr. (9 m³ bewehrter UHFB à 5000 Fr./m3); Amortisation der beiden Schalungen: 50 000 Fr.; Transport und Montage inkl. Vorspanneinheiten: 100 000 Fr. Eine Stahlkonstruktion hätte ein ähnlich grosses Eigengewicht, wäre aber aufgrund der aufwendigen Schweissarbeiten hinsichtlich der Ermüdungsbeanspruchung kostspieliger.

Die Konstruktion besteht aus sieben Normalsegmenten von 2.0 m Länge und zwei Auflagersegmenten von 0.8 m Länge. Planmässig sollten diese vorgefertigten Segmente zur Baustelle transportiert und mittels der Vorspannkabel in Längsrichtung und mit einer Schicht Epoxidharzkleber in den Segmentfugen zusammengespannt werden. Mit einem Kran wird der fertige Brückenträger mit einem Eigengewicht von insgesamt 22.5 t eingebaut. Dieser Arbeitsschritt lässt sich in kurzer Zeit und ohne wesentliche Nutzungseinschränkung von Bahn und Strasse ausführen.

Erkenntnisse aus der Bemessung

Die vorgefertigten Elemente werden mittels Vorspannung durch geradlinig geführten Spannkabel im Ober- und Unterflansch des Trogträgers zusammengefügt. Die Vorspannkraft ist so gewählt, dass im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) der Querschnitt im Bereich der unteren Spannkabel keine Zugspannung bekommt. Im Grenzzustand der Tragsicherheit (GZT) übernimmt einzig der Vorspannstahl die Zugkräfte in Längsrichtung, da keine Längsbewehrung in Form von Betonstahl vorhanden ist und die Tragfähigkeit des UHFB erschöpft ist. Die Querschnitte werden nach den Vorgaben des Merkblatts SIA 20523 bemessen und führten zu folgenden Ergebnissen:

Um die von den Vorspannkabeln verursachte Exzentrizität der Normalkräfte in Feldmitte auszugleichen, erzeugen sechs 8-Litzen-Spannkabel in den Unterflanschen und zwei in den Oberflanschen eine Druckspannung von durchschnittlich 18 MPa im Querschnitt. Im GZG beträgt die maximale Zugspannung im UHFB des Unterflanschs 6.1 MPa und bleibt damit unter der elastischen Grenzzugfestigkeit fUte. Das heisst, der Querschnitt bleibt homogen (ungerissen) und elastisch. Die maximale Durchbiegung im GZG liegt bei 10.5 mm und damit knapp unter der zulässigen Durchbiegung von 1/1400 (11 mm).

Im GZT entfallen 80 % des Bemessungsmoments in Feldmitte auf die Nutzlast (Bahnlasten), 14 % auf die Auflast (Schotterbett und Gleis) und lediglich 6 % auf das Eigengewicht der UHFB-Konstruktion. Dieser hohe Quotient aus Nutzlast und Eigengewicht ist charakteristisch für eine Leichtbauweise.

Im GZT entsteht infolge Biegung ein Kräftepaar in den Flanschen von 9.4 MN, die durch eine Druckspannung von 130 MPa im Oberflansch und eine Zugspannung in den sechs Kabeln des Unterflanschs aufgenommen wird. Der Bemessungswert der Querkraft wird zu 45 % durch den Tragwiderstand des UHFB und zu 55 % durch eine vertikale Querkraftbewehrung in den Stegrippen aufgenommen. Dank der vollen Vorspannung in Brückenlängsrichtung bleiben im Grenzzustand der Ermüdung die maximalen Zugspannungsdifferenzen im Vorspannstahl und im UHFB gering. Der Bemessungswert infolge Ermüdungslasten für die maximale Druckspannung im UHFB der Druckflansche liegt bei 70 MPa und erreicht damit weniger als 50 % des Mittelwerts der Druckfestigkeit von UHFB, womit der UHFB unter der Dauerfestigkeit ermüdungsbeansprucht wird.

Die maximale Ermüdungsspannung des Betonstahls der Rippenplatte bleibt unter dem Bemessungswert von 108 MPa der Dauerfestigkeit.

Neuer Baustoff, neue Perspektiven

Diese UHFB-Konstruktion mit einem aus Blechen und versteifenden Rippen zusammengesetzten Querschnitt ist vom Stahlbau inspiriert, setzt jedoch die Vorspanntechnologie und gegossene Verbindungen ein.

Der Baustoff UHFB eröffnet neue Perspektiven und ressourcenschonende Anwendungen. Wegen seiner hohen Festigkeit ist er insbesondere für hochbeanspruchte Bauten wie Überdachungen mit grossen Spannweiten (vgl. «Schlanker, weiter, stärker» S. 27), für Decken, Stützen und Rahmen im Hochbau sowie für Kunstbauten wie Brücken und Stützmauern geeignet. Mit der UHFB-Technologie lassen sich neue Fassadenformen und -verkleidungen entwickeln. Dank der geringen Dicke der UHFB-Bleche können grössere Elemente vorfabriziert und montiert werden, was der Kreativität von Architekten, Ingenieuren und Designern neue Impulse verleihen kann (Abb. S. 22 unten).

Wegen seiner Leichtigkeit wird er zunehmend auch für die Verbesserung bestehender Bauwerke bevorzugt: Im Verbund mit Stahlbetonbauten können erhöhte Nutzungsanforderungen mit geringem zusätzlichem Gewicht erreicht werden (vgl. unten, «Mit Leichtigkeit verbessern»).

Heute geht es vor allem darum, die Errungenschaften der Baustoff- und Ingenieurwissenschaften zusammen mit Produktions- und Baufachleuten umzusetzen. Es dürfte sich denn auch schon bald eine spezifische Bau- und Baustoffindustrie[4] für UHFB bilden.


[Eugen Brühwiler (Prof. Dr. dipl. Ing. ETH/SIA/IVBH) ist Professor und Inhaber des Lehrstuhls für Erhaltung, Konstruktion und Sicherheit von Bauwerken an der ETH Lausanne (EPFL).]

Artikel in originaler Sprache und Länge: vgl. «Construire en BFUP», TRACÉS 13/2014.


Anmerkungen:
[01] Das «B» von UHFB steht für Beton, obwohl UHFB kein Beton gemäss der Definition in der Norm SN EN 206 oder im Wörterbuch («Als Baustoff verwendete Mischung aus Zement, Wasser und Sand, Kies o. Ä. [...]») ist. UHFB sollten als faserverstärkte, zementgebundene Verbundbaustoffe oder kurz als «faserbewehrte Zemente» bezeichnet werden. Es ist augenfällig, dass UHFB und Beton unterschiedliche Baustoffe sind.
[02] E. Brühwiler, E. Denarié: Rehabilitation and strengthening of concrete structures using Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete. Structural Engineering International, Vol. 23, Nr. 4, 2013, S. 450–457.
[03] Die Arbeitsgruppe UHFB der Kommission SIA 262 erarbeitet momentan das Merkblatt SIA 2052 «Ultra-Hochleistungs-Faserbeton (UHFB) – Baustoffe, Bemessung und Ausführung», das voraussichtlich im Frühjahr 2015 veröffentlicht wird.
[04] Zurzeit bieten folgende Zementhersteller UHFB-Produkte in ihrem Sortiment an: Holcim/CH (Holcim 707 bzw. 710), Lafarge/FR (Ductal), Eiffage/FR (BSI) und Vinci/FR (Vifort).

TEC21, Fr., 2014.11.21

Am Chillon-Viadukt bei Montreux erfolgte mit 2400 m³ die weltweit bisher grösste Instandsetzung mit UHFB. Die Projektbeteiligten berichten über die Materialwahl und ihre Erkenntnisse bei Planung und Ausführung.

Die Fahrbahnplatte des 1969 eröffneten Viadukts der Autobahn A9 sollte ursprünglich mit herkömmlichen Baustoffen instandgesetzt werden. Doch bei den 2012 ausgeführten Hochdruckwasserstrahlarbeiten wurden Anzeichen einer Alkali-Aggregat-Reaktion[1] (AAR) im Beton entdeckt, sodass das Bundesamt für Strassen (Astra) sein Erhaltungskonzept revidieren musste.

Der Schadensmechanismus der AAR befindet sich noch im Anfangsstadium und war im Vorfeld nicht visuell erkennbar. Die fortschreitende AAR wird jedoch über die Jahre zu einer Abnahme der Druck- und Zugfestigkeit sowie des Elastizitätsmoduls des Betons führen. Die Prüfergebnisse des Chillon-Viadukts ergaben, dass der vorliegende Beton eine gegenüber anderen Bau­werken hohe Reaktivität aufweist. Die für den Beton verwendete Gesteinskörnung aus der Rhonemündung am Genfersee zeichnet sich durch lange Inkubations- und Latenzzeiten aus, die mehrere Jahrzehnte umfassen.

Der Beton der Fahrbahnplatte entspricht heute einer Druckfestigkeitsklasse C60/75. Die Tragsicherheit der am stärksten querkraftbeanspruchten Bereiche der Fahrbahnplatten ist somit gerade noch erfüllt. Es ist aber zu erwarten, dass die Betondruckfestigkeit infolge der AAR in 30 Jahren nur noch der Klasse C40/50 entsprechen wird. Laboruntersuchungen haben zudem gezeigt, dass die Latenzzeit der AAR erreicht ist und somit die Gefahr einer beschleunigten Schadensentwicklung besteht. Die UHFB-Lösung setzt sich durch Aufgrund dieser Erkenntnisse standen drei Erhaltungsmassnahmen zur Diskussion: Als Erstes sollte die Tragfähigkeit der Fahrbahnplatte in Querrichtung durch eine herkömmliche Stahlbetonverstärkung erhöht werden. Das Eigengewicht hätte aber derart zugenommen, dass die Tragfähigkeit des Bauwerks in Längsrichtung deutlich überschritten worden wäre; ausserdem wären zusätzliche unwirtschaftliche Verstärkungsmassnahmen ausgelöst worden. Die zweite Variante sah das Aufkleben von Kohlenstofffaserlamellen auf der Ober- und Unterseite der Fahrbahnplatte vor. Auch diese Lösung war unbefriedigend, denn die Lamellen hätten zwar das Biegeverhalten der Platten verbessert, aber nicht den Querkraftwiderstand.

Mit der dritten Variante konnte man die Schwächen der ersten beiden vermeiden: Eine 40 mm dicke Schicht aus schlaff bewehrtem Ultrahochleistungs-Faserbeton (UHFB, vgl. «Stahl und Beton effizienter kombiniert», S. 20) bildet mit der bestehenden Fahrbahnplatte aus Beton einen monolithischen Verbundquerschnitt, der die Tragfähigkeit hinsichtlich Biegung, Querkraft und Ermüdung deutlich erhöht. Diese Schicht wirkt zugleich als Abdichtung gegenüber einem weiteren Wassereintritt in den Beton, womit sich die Schadensentwicklung durch AAR begrenzen lässt. Auch die vergleichsweise geringen Kosten, die kürzere Bauzeit und die vorhandene, noch intakte Oberfläche der Fahrbahnplatte sprachen für diese Lösung.

Versuche und Bemessung

Anhand von Bruchversuchen an Prüfkörpern im Labor konnte der Tragwiderstand des Verbundquerschnitts nachgewiesen werden. Die Versuche wurden unter der Leitung von Professor Daia Zwicky an der HTA Freiburg durchgeführt. Diese Erkenntnisse wurden mithilfe einer Finite-Element-Tragwerksanalyse überprüft. Das Tragverhalten in Längsrichtung wurde anhand von Stabwerkmodellen untersucht. Der bestehende Beton wurde mit einer reduzierten Festigkeitsklasse C40/50 und der UHFB mit einer Zugfestigkeit von mehr als 7 N/mm2 und einer Verfestigungsdehnung von über 2 ‰ berücksichtigt.[2]

Die UHFB-Schicht erhöht die Fahrbahnplattenstärke von 180 auf 220 mm. Dank dieser Schicht konnte aber zugleich eine reduzierte Belagsdicke von 85 mm anstatt der bestehenden 100 mm realisiert werden, womit sich die ständigen Lasten nur geringfügig erhöhten. Die Längsfugen zwischen den vier Einbauetappen wurden gezielt dort positioniert, wo der UHFB auf Biegedruck beansprucht wird (Abb. ganz oben).

Die UHFB-Schicht wurde in Querrichtung schlaff bewehrt (ø 12 mm alle 100 mm), um die Fahrbahnplatte in dieser Richtung tragfähiger auszubilden. Im Bereich der Pfeiler erwies sich der Biegetragwiderstand in Längsrichtung als knapp ungenügend. Eine erhöhte UHFB-Schichtstärke von 50 mm über 25 % der Feldlänge sowie zusätzliche Längsbewehrung genügten aber, um auch diesen Nachweis zu erfüllen.

Flüssig oder fest? – Thixotrop

Die UHFB-Variante stellte hohe Anforderungen an die Ausführung. In den letzten zehn Jahren sind in der Schweiz über 25 Projekte mit UHFB-Verstärkungen von Brückenplatten und Gebäudedecken umgesetzt worden. Bisher wurden jedoch relativ kleine Volumen von maximal 110 m³ realisiert, die manuell eingebracht wurden. Pro Viadukt wird hier auf einer Fläche bis 25 400 m² rund 1200 m³ UHFB gegossen. Auf dem ersten Viadukt erfolgte dieser Einbau zwischen dem 25. Juli und dem 3. September 2014. Diese kurze Zeitspanne wurde durch den maschinellen Einbau des UHFB ermöglicht. Der Unternehmer entwickelte dafür drei unterschiedlich thixotrope[3] UHFB-Rezepturen, die auf die spezifischen Bedingungen wie Einbautemperatur, Längs- und Quergefälle abgestimmt waren: Der Frisch-UHFB konnte sowohl einwandfrei eingebaut werden als auch Oberflächengefällen bis zu 7 % standhalten.

Eigenentwickelte Einbaumaschinen

Der UHFB musste in weniger als sechs Wochen eingebaut werden, was einer durchschnittlichen Leistung von 40 m³ pro Tag entspricht. Aus logistischen Gründen installierte das Unternehmen eine UHFB-Mischanlage direkt vor dem Viadukt. Somit konnten die Verarbeitbarkeit, die Produktionsleistung sowie der Transport des UHFB auf die Witterungsverhältnisse abgestimmt werden. Der Unternehmer entwickelte die Einbaumaschine ausgehend vom Fahrgestell eines Fertigers, der für den Bau der Betonplatten am Flughafen Zürich im Einsatz war (Abb. oben S. 26).

Die Nachbehandlung dauerte fünf Tage und erfolgte unmittelbar nach dem Einbau des UHFB mit einer Kunststofffolie als Abdeckung. Obwohl UHFB wasserdicht ist, wurde die gesamte Oberfläche mit ­Polymerbitumen-Dichtungsbahnen (PBD) abgedeckt, damit die Haftung des Gussasphalts auf dem UHFB und eine sichere Abdichtung der UHFB-Arbeitsfugen garantiert werden konnten.

Eine effiziente neue Technologie

Der sorgfältigen Vorbereitung und dem Engagement aller am Projekt Beteiligten ist es zu verdanken, dass die Verstärkung der Fahrbahnplatte des ersten Chillon-Viadukts mithilfe einer bewehrten UHFB-Schicht in der gesetzten kurzen Frist und ohne nennenswerte Schwierigkeiten erfolgreich ausgeführt werden konnte. Diese in diesem Umfang erstmalige Anwendung bestätigt, dass sich UHFB für die Verstärkung und ­Verbesserung von Tragwerken aus Stahlbeton eignet. Die Kosten der UHFB-Arbeiten beliefen sich auf ca. 230 Fr./m2 Fahrbahnoberfläche, was angesichts der vielfältigen Anforderungen wirtschaftlich ist. Durch die vergleichsweise sanfte Intervention mit UHFB bleiben auch die kulturellen Werte der als Denkmalobjekt inventarisierten Chillon-Viadukte erhalten.


[Hartmut Mühlberg (Dipl. Ing. REG A) ist Projektleiter bei Monod-Piguet   Associés Ingénieurs Conseils AG in Lausanne.
Stéphane Cuennet (Dipl. Ing. FH) ist Fachspezialist für Kunstbauten der Astra-Zentrale in Ittigen.
Eugen Brühwiler (Prof. Dr. dipl. Ing. ETH/SIA/IVBH) ist Professor und Inhaber des Lehrstuhls für Erhaltung, Konstruktion und Sicherheit von Bauwerken an der ETH Lausanne (EPFL).
Bernard Houriet (Dr. Ing. ETH/SIA) ist Projektleiter und Teilhaber des Büros GVH in Tramelan.
Frédéric Boudry (Dipl. Ing. ETS) ist Bauleiter bei der Firma Walo Bertschinger in Eclépens.
Blaise Fleury (Dipl. Ing. ETH/SIA) ist Bauherrenberater für UHFB bei OPAN Concept in Neuenburg.]

Artikel in originaler Sprache und Länge: vgl. «2400 m³ de BFUP sur un pont autoroutier», TRACéS 19/2014.


Anmerkungen:
[01] Die Alkali-Aggregat-Reaktion (AAR) ist ein über Jahrzehnte ablaufender chemisch-physikalischer Prozess im Beton. Die alkalische Porenlösung reagiert mit Bestandteilen der Gesteinskörnung, wobei es zu einer Volumenzunahme und zur Rissbildung kommt. Das Thema ist im Merkblatt SIA 2042 normativ behandelt.
[02] Merkblatt SIA 2052 «Ultra-Hochleistungs-Faserbeton (UHFB) – Baustoffe, Bemessung und Ausführung», Schlussfassung vor der Publikation, November 2014.
[03] Eigenschaft bestimmter kolloidaler Mischungen, sich bei mechanischer Einwirkung zu verflüssigen. Die Thixotropie von Frisch-UHFB wird durch die Beigabe bestimmter Zusatzmittel erhalten.

TEC21, Fr., 2014.11.21

Dauerhaftigkeit ist, neben Gebrauchstauglichkeit und Tragsicherheit, eine der zentralen Anforderungen an neue und instand gesetzte Betonbauwerke. Durch konsequente Anwendung des aktuellen Wissensstandes können heute dauerhafte Stahlbetonbauten realisiert werden. Dauerhafte Bauwerke lassen sich aber auch mit einem neuen Konzept, der Mischbauweise mit gezieltem Einsatz von Hochleistungsfaserbeton, auf wirtschaftliche Weise herstellen.

«Bauwerke sind dauerhaft, wenn sie die Anforderungen an Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit im Rahmen der vorgesehenen Nutzung und der vorhersehbaren Einwirkungen, ohne unvorhergesehenen Aufwand für Instandhaltung und Instandsetzung, erfüllen.» Diese Definition in der Norm SIA 260 (2003) fordert, dass ein dauerhaftes Bauwerk während der geplanten Nutzungsdauer keine die Tragsicherheit oder die Gebrauchstauglichkeit beeinträchtigende Schädigung erfährt. Dauerhaftigkeit ist eine Bauwerkseigenschaft während einer gewissen Zeitspanne und wird somit durch Zeiteinheiten beschrieben.

Die Erhaltung der Substanz bestehender Bauwerke bindet bereits heute grosse finanzielle Mittel. Dauerhafte Bauwerke sind deshalb volkswirtschaftlich interessant und im Sinne der Nachhaltigkeit unumgänglich. Ungenügende Dauerhaftigkeit von Betonbauten (Bild 1 zeigt ein eindrückliches Beispiel) kann heute nicht mehr auf mangelndes Sachwissen zurückgeführt werden. Mit dem aktuell verfügbaren Fachwissen lässt sich Dauerhaftigkeit ohne weiteres erreichen, falls die am Bau Beteiligten diszipliniert und professionell zusammenarbeiten (bezüglich der Qualität und des guten Umgangs am Bau siehe TEC21 46 / 2008). Im Folgenden werden einige aktuelle «Konzepte und Rezepte» zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit von Betonbauten erläutert. Dabei werden die relevanten Angaben in den heute gültigen Normen ergänzt und erweitert.[1]

Konzepte für dauerhafte Bauwerke aus Stahlbeton

Die meisten Schädigungsprozesse an Bauwerken, die die Dauerhaftigkeit gefährden, werden durch direkten Wasserkontakt und Feuchtigkeiten grösser als 90 % stark begünstigt. Demzufolge haben die Massnahmen zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit mehrheitlich zum Ziel, potenziell schädliche Nutzungsbedingungen zu vermeiden. Die Wirksamkeit dieser Massnahmen ist in allen Phasen im Lebenszyklus eines Bauwerks (Projektierung, Ausführung und Erhaltung) auf Grund des folgenden Kriteriums nachzuweisen:

Anforderungen ≤ Leistungsvermögen Geplante Nutzungsdauer ≤ Dauerhaftigkeit

Dieser Nachweis erfolgt qualitativ, denn die erforderliche Dauerhaftigkeit soll nicht berechnet, sondern durch vernünftig gewählte zeitliche Reserven (analog einem «Vorhaltemass») hergestellt werden. Dazu können grundsätzlich zwei Strategien befolgt werden (Bild 2): – Strategie A: Die Tragwerksteile werden so bemessen und konstruiert, dass sie während der Nutzungsdauer keine Instandsetzung (Reparatur) benötigen. Diese Strategie ist in der Regel für das Tragwerk sowie feste Komponenten von Ausrüstungsteilen zweckmässig. – Strategie B: Während der Nutzungsdauer werden in regelmässigen Intervallen geplante Instandhaltungsarbeiten (Unterhalt) ausgeführt, etwa für Verschleissteile von Ausrüstungsteilen, Oberflächenschutzsysteme oder Bestandteile, die einer Abnutzung ausgesetzt sind. Die im Folgenden beschriebenen Massnahmen zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit von Betonbauten bezwecken im Wesentlichen: – einen möglichst dichten oberflächennahen Beton herzustellen, – einen genügenden Korrosionsschutz des Bewehrungsstahls zu gewährleisten, – einen Oberflächenschutz zu applizieren.

Dichter oberflächennaher Beton

Je dichter der oberflächennahe Beton ist, umso grösser ist sein Widerstand gegenüber dem Eintrag von Wasser, Chloriden und anderen Stoffen. Diese Betoneigenschaft soll jedoch nicht nur gefordert, sondern auch bei der Qualitätssicherung nachgewiesen werden. Dies wurde als weltweites Novum in der Norm SIA 262 (2003), Ziffer 6.4.2, verankert. Die Dichtigkeit des oberflächennahen Betons kann gemäss vier Permeabilitätsklassen PK1 bis PK4 (Bild 3) beschrieben werden, entsprechend dem Koeffizienten der Luftpermeabilität kT nach der Torrent-Messmethode2 gemäss Norm SIA 262/1 Anhang E (2003) und dem elektrischen Widerstand ρ des Betons.

Die geforderte Permeabilitätsklasse wird in Abhängigkeit der Expositionsklasse gemäss SIA 262 (2003) Tabelle 1 festgelegt. In jedem Fall ist heute wenigstens die Permeabilitätsklasse PK3 zu fordern, was bei einer fachgerechten Ausführung mit herkömmlichem Beton ohne weiteres erreichbar ist. Bei starker Exposition ist PK2 zu fordern. Die Klasse PK1 kann auch mit verbessertem, herkömmlichem Beton nicht erreicht werden. Falls die erreichte Dichtigkeit des oberflächennahen Betons den Anforderungen nicht genügt, kann der erforderliche Widerstand gegen den Eintrag von Wasser und von chemischen Substanzen beispielsweise mit einem Oberflächenschutz erreicht werden. Die Dichtigkeit des oberflächennahen Betons sollte zusammen mit der Bewehrungsüberdeckung nicht nur bei der Bauausführung im Rahmen der Qualitätssicherung gemessen werden, sondern als wichtigste Kenngrössen der Dauerhaftigkeit auch bei der Zustandsüberprüfung von bestehenden Betonbauten systematisch erfasst werden.

Korrosionsschutz der Bewehrung

Als Schutz vor Bewehrungskorrosion werden in den heutigen Normen einzig Werte für die Stärke der Bewehrungsüberdeckung in Abhängigkeit der Exposition angegeben.[6] Ein genügender Korrosionsschutz der Bewehrung kann jedoch auf verschiedene Weise hergestellt werden. Bild 4 zeigt schematisch eine stark exponierte, chloridhaltigem Spritzwasser ausgesetzte Wand und mögliche Korrosionsschutzmassnahmen für die Bewehrung: – Seit einigen Jahren werden vereinzelt hochlegierte, «nichtrostende» Betonstähle (Stahl 1.4571, 1.4462, 1.4301) oder weniger hochlegierter Betonstahl (Stahl 1.4003) mit erhöhtem Korrosionswiderstand als direkt wirkende Massnahme für Bauteile eingesetzt, die starken Umwelteinflüssen ausgesetzt sind.

– Indirekt wirkende Massnahmen betreffen den Überdeckungsbeton als Korrosionsschutzschicht für den Betonstahl, insbesondere seine Permeabilität und Schichtstärke, sowie verschiedene Oberflächenschutzmassnahmen. In Verbindung mit herkömmlichem Betonstahl genügen sie in der Regel nur bei mittlerer und schwacher Exposition. Bild 7 zeigt die erforderliche Betonüberdeckung zur Gewährleistung eines über 100 Jahre genügenden Korrosionswiderstands für chloridbeanspruchte Bauteile in Abhängigkeit der Stahlsorte, der Expositionsklasse sowie der Permeabilitätsklasse des oberflächennahen Betons. Die Werte stammen aus Simulationsrechnungen, die zur Ermittlung der Wahrscheinlichkeit der Initiierung von Bewehrungskorrosion durchgeführt wurden.[1, 3]

Funktion des Oberflächenschutzes

Bei stark aggressiven Einwirkungen ist neben der Dichtigkeit des oberflächennahen Betons und einer ausreichenden Bewehrungsüberdeckung oft noch ein zusätzlicher Schutz erforderlich. Dies vor allem auch, weil bei der Bauausführung mit Fehlern zu rechnen ist. Die Applikation eines Schutzsystems auf der Betonoberfläche kann dabei eine wirkungsvolle Massnahme sein. Oberflächenschutzsysteme sollen den Feuchtigkeitszutritt begrenzen, um Bewehrungskorrosion und andere Schädigungen wegen zu hoher Betonfeuchtigkeit zu vermeiden. Junger Beton weist ein zusätzlich erhöhtes Wasseraufnahmevermögen auf und ist folglich vor allem durch Frostschäden verletzbar. Eine Hydrophobierung des jungen Betons ist eine sinnvolle Schutzmassnahme, denn sie verhindert die Wassersättigung des oberflächen-nahen Betons. Exponierte Betonoberflächen sollten deshalb heute systematisch hydrophobiert werden. Dabei ist eine Tiefenhydrophobierung zu fordern und anhand von Aufsaugversuchen auch nachzuweisen[4] (Bild 5).

Neuartige Mischbauweise mit hochleistungsfähigem Faserbeton

Ist es sinnvoll, alle Querschnitte von Stahlbetonbauten aus demselben Beton herzustellen? Aus der Überlegung, welche Bereiche wie beansprucht sind, folgt, dass die Verwendung nur einer Betonqualität nicht effizient sein kann. Turbinenschaufeln und andere technische Bauteile bestehen häufig auch aus unterschiedlichen Materialqualitäten. Die Mischbauweise, bei der «höherwertige» Baustoffe in stark beanspruchten Bereichen eingesetzt werden, ist ein neuartiges Konzept im Betonbau. Dabei werden die als Schwachpunkte bekannten Bereiche eines Bauwerks mit Hilfe von verbesserten Baustoffen verstärkt. Ultrahochleistungsfähiger Faserbeton (UHFB) ist ein verbesserter, nicht herkömmlicher Baustoff. Er zeichnet sich durch eine hohe Dichtigkeit (PK1), hohe Festigkeiten und Rissefreiheit bis zu Verformungen von 1.5 – 2.5 ‰ aus. Damit können tragende und gleichzeitig wasserdichte Membranen von 30 mm bis 60 mm Stärke auf diejenigen Bereiche aus herkömmlichem Stahlbeton aufgebracht werden, die durch Umwelteinflüsse oder hohe Kräfte stark beansprucht werden. Mit dem hochwertigen Baustoff können so die Schwachpunkte der Betonbauweise eliminiert und das Bauwerk insgesamt aufgewertet werden. Die Konzeptidee, die sich auf eine über achtjährige Forschung abstützt, wurde bereits mehrmals bei der Instandsetzung von Betonbauten unter Baustellenbedingungen umgesetzt.[5] Das Potenzial dieses Konzepts besteht darin, den Bauvorgang zu vereinfachen, die Bauzeit zu verkürzen und insbesondere die Dauerhaftigkeit und Wirtschaftlichkeit der Bauwerke deutlich zu verbessern. Dies ist vor allem bei Erhaltungsmassnahmen interessant, denn dadurch können die Bauzeit und damit die Benutzerkosten wesentlich reduziert werden. Obwohl der Materialpreis für UHFB sehr hoch ist, müssen bei dessen Anwendung die Baukosten deshalb nicht höher sein als bei den heute üblichen Methoden. Überlegungen zu Systemen und Bauweisen sind Erfolg versprechender als das traditionelle, auf den reinen «m3-Materialpreis» reduzierte Denken.

Entwurf einer Brücke in Mischbauweise

Ein Beispiel für die beschriebene Mischbauweise ist das Neubauprojekt für eine Autobahnüberführung in Deutschland.[6] Die 46 m lange, 2-feldrige Strassenüberführung wurde nachdem Prinzip entworfen, UHFB einzig in den stark exponierten Tragwerksbereichen einzusetzen (Bild 8), d. h. für die Oberfläche der Fahrbahnplatte, für die Brückenkappen sowie für den Bereich des mittleren Auflagers. Alle anderen Teile des Brückentragwerks verbleiben in herkömmlichem Stahlbeton, denn sie weisen nur eine mittlere Exposition auf. Das Bauprogramm für den Überbau sieht eine Bauzeit von nur 30 Tagen vor. Zuerst werden die vorfabrizierten, vorgespannten Hauptträger montiert. Der Raum zwischen den Trägern über dem Mittelauflager wird mit UHFB aufgefüllt, wobei gleichzeitig ein UHFB-Gelenk hergestellt wird (Bild 9). Danach werden die Längsfugen zwischen den vorfabrizierten Trägern mit demselben Baustoff ausgegossen, und eine 3 cm dicke UHFB-Schicht wird als Abdichtung auf der gesamten Fahrbahnplatte aufgebracht. Die Brückenkappenelemente werden in UHFB vorfabriziert und auf der Fahrbahnplatte mit einem Epoxidkleber befestigt. Abschliessend wird der Strassenbelag eingebracht. In diesem Beispiel wird UHFB in unterschiedlichen Zusammensetzungen als Ortbeton und in der Vorfabrikation eingesetzt.

Anmerkungen
[1] Brühwiler, E., Denarié, E., Wälchli, T., Maître, M., Conciatori, D.: Dauerhafte Kunstbauten bei geringem Unterhalt – Ausgewählte Kapitel. VSS-Bericht Nr. 587, VSS Zürich, 2005 (mit «Empfehlungen für dauerhafte Kunstbauten bei geringem Unterhalt» [nicht veröffentlicht])
[2] Torrent, R., Frenzer, G.: Studie über Messmethoden zur Messung und Beurteilung der Kennwerte des Überdeckungsbetons auf der Baustelle. VSS-Bericht Nr. 516, VSS Zürich, 1995
[3] Conciatori D.: Effet du microclimat sur l’initiation de la corrosion des aciers d’armature dans les ouvrages en béton armé. Thèse no 3408, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suisse, 2005
[4] Meier, S.J., Wittmann, F.H.: Hydrophobieren von Betonoberflächen – Empfehlungen für Planung und Applikation. VSS-Bericht Nr. 591, VSS Zürich, 2005
[5] Brühwiler, E., Denarié, E., Oesterlee, C.: Hochleistungsfähiger Faserfeinkornbeton zur Effizienzsteigerung bei der Erhaltung von Kunstbauten aus Stahlbeton. VSS-Bericht, Forschungsauftrag AGB 2005/004, VSS Zürich, (zur Publikation vorgesehen)
[6] Brühwiler, E., Fehling, E., Bunje, K., Pelke, E.: Design of an Innovative Composite Road Bridge Combining Reinforced Concrete with Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete. Proceedings, IABSE Symposium «Improving Infrastructure Worldwide». Weimar, 19.–21. September 2007

TEC21, Mi., 2008.11.26