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Erfahrungssammlung zu Fahrbahnübergängen aus Polyurethan

BASt-Bericht B 167

Michael Staeck, Manfred Eilers, Bundesanstalt für Straßenwesen
53 Seiten
Erscheinungsjahr: 2021
Projektnummer: 2213021
Preis: 15,50 €

Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH

Dieser Bericht steht auch kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Während bei Brücken mit großen Spannweiten Fahrbahnübergänge aus Stahl zur Anwendung kommen, können für Brücken mit Dehnlängen bis circa 50 m seit den 1980ern auch Fahrbahnübergänge aus Asphalt eingesetzt werden, die seit 2003 in den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten“ (ZTV-ING Teil 8 Abschnitt 2) [1] geregelt sind. Neben den geringeren Kosten liegen die Vorteile dieser Bauweise vor allen Dingen in der Schnelligkeit beim Einbau, der Möglichkeit der fahrstreifen-weisen Erneuerung sowie in der geringen Geräuschentwicklung und dem Fahrkomfort bei den Überrollungen durch die Kraftfahrzeuge. Nachteilig ist die begrenzte Standfestigkeit des Fahrbahnübergangssystems, weshalb diese Fahrbahnübergänge nur begrenzt für Lkw- Fahrstreifen auf hochbelasteten Strecken geeignet sind.

Um diesen Nachteil auszugleichen wurden in den letzten Jahren Fahrbahnübergänge aus Polyurea oder Polyurethan entwickelt. Bei Fahrbahnübergängen aus Polyurethan handelt es sich um elastische Belagsdehnfugen, die in ihrer Funktionsweise weitgehend den in den ZTV-ING Teil 8 Abschnitt 2 geregelten Fahrbahnübergängen aus Asphalt entsprechen. Anstatt bitumenhaltiger Massen werden jedoch elastische Polymere auf der Basis von Polyurea oder Polyurethan verwendet. Auf diese Weise wird bei einer hohen Elastizität eine gute Standfestigkeit erreicht, die im Gegensatz zu Fahrbahnübergängen aus Asphalt weitgehend unabhängig von der Temperatur ist.

Bisher kommen Fahrbahnübergänge aus Polyurethan auf Brücken im Zuge von Bundesfernstraßen nur mit Zustimmung im Einzelfall des BMVI zum Einsatz. Grundlage für die Zustimmung im Einzelfall ist der prüftechnische Nachweis der Gleichwertigkeit zu den Fahrbahnübergängen aus Asphalt. Für die in diesem Projekt untersuchten Fahrbahnübergänge aus Polyurethan erfolgte dies durch die ETA-12/0260 [2]. In anderen Ländern wie zum Beispiel Österreich, Schweiz oder den Niederlanden wird diese Bauart bereits seit einigen Jahren verwendet.

In dem nachfolgenden Bericht werden die Bauart sowie die Besonderheiten beim Einbau detailliert beschrieben. Grundlage ist eine Erfahrungssammlung an 21 ausgesuchten Baumaßnahmen, die in den letzten fünf Jahren ausgeführt wurden. Bei sechs Baumaßnahmen wurde der Einbau begleitet, ebenso die spätere Instandsetzung an zwei dieser Bauwerke. An weiteren 11 Bauwerken wurden die Fahrbahnübergänge aus Polyurethan nach mehrjähriger Liegezeit inspiziert und bei den vier restlichen Bauwerken erfolgte die Erfahrungssammlung auf der Grundlage von Erfahrungsberichten der zuständigen Verwaltungen.

Fahrbahnübergänge aus Polyurethan sind eine Alternative zu Fahrbahnübergängen aus Asphalt bei Bauwerken mit hoher Verkehrsbelastung beziehungsweise ruhendem/stockendem Verkehr. Sie wurden außerdem als Ersatz für kleine, nicht mehr funktionstüchtige Fahrbahnübergänge aus Stahl eingesetzt, wenn eine schnelle Ausführung oder ein fahrstreifenweiser Einbau gefordert war beziehungsweise ein Eingriff in den Konstruktionsbeton vermieden werden sollte. Aber auch wenn eine Lärmminderung gefordert wird, stellen Fahrbahnübergänge aus Polyurethan eine Alternative zu Fahrbahnübergängen aus Stahl dar.

Von den 21 untersuchten Bauwerken mit Fahrbahnübergängen aus Polyurethan musste an sechs Bauwerken bereits nach kurzer Zeit eine Instandsetzung vorgenommen werden. Darunter befanden sich fünf Bauwerke im Zuge von Bundesautobahnen. Dies stellt eine Schadenshäufung bei Baumaßnamen im Zuge von Bundesautobahnen dar. An den restlichen 15 Bauwerken sind bisher keine Schäden aufgetreten.

Wie die Erfahrungssammlung gezeigt hat, sind bei dem Einbau oftmals Fehler beziehungsweise Ungenauigkeiten aufgetreten, die bei dem überwiegenden Teil der Schäden eine Rolle spielen. Diese wurden dokumentiert und sollen bei zukünftigen weiteren Pilotprojekten berücksichtigt werden. Eine endgültige Beurteilung der Praxistauglichkeit dieser Bauart ist daher erst nach Vorliegen der Ergebnisse dieser weiteren Pilotprojekte möglich.

Collection of experience on polyurethane expansion joints

While steel expansion joints are used for bridges with large spans, since the 1980s asphalt expansion joints have also been used for bridges with expansion lengths of up to approx. 50 m, which have been regulated since 1998 in the „Additional Technical Terms of Contract and Guidelines for Civil Engineering Structures“ (ZTV-ING Part 8 Section 2) [1]. In addition to the lower costs, the advantages of this construction method are above all the speed of installation, the possibility of renewal on a lane by lane basis, as well as the low noise emission and driving comfort during vehicle rollovers. A disadvantage is the limited stability of the expansion joint system, which is why these expansion joints are only suitable to a limited extent for truck lanes on heavily trafficked routes.

To compensate for this disadvantage, expansion joints made of polyurea or polyurethane have been developed in recent years. Polyurethane expansion joints are elastic expansion joints which largely correspond in their function to the asphalt expansion joints regulated in ZTV-ING Part 8 Section 2. However, instead of bituminous materials, elastic polymers based on polyurea or polyurethane are used. In this way, a high degree of elasticity is combined with good stability which, in contrast to expansion joints made of asphalt, is largely independent of temperature.

Up to now, polyurethane expansion joints on bridges on federal highways have only been used with the approval of the BMVI in individual cases. The basis for approval in individual cases is proof of equivalence to asphalt expansion joints by means of testing. For the polyurethane expansion joints investigated in this project, this was done by ETA-12/0260 [2]. In other countries, such as Austria, Switzerland or the Netherlands, this design has been in use for several years.

In the following report, the design and the special features of installation are described in detail. It is based on a collection of experience gained from 21 selected construction projects carried out in the last five years. The installation was accompanied in six construction measures, as well as the later repair of two of these structures. On a further 11 structures, the polyurethane expansion joints were inspected after several years of service life, and for the four remaining structures, experience was gathered on the basis of experience reports from the responsible authorities.

Polyurethane expansion joints are an alternative to asphalt expansion joints for structures with high traffic loads or slow-moving traffic. They have also been used to replace small, non-functional steel expansion joints when speedy execution or lane by lane installation was required, or when intervention in the structural concrete was to be avoided. But also, when noise reduction is required, polyurethane expansion joints are an alternative to steel expansion joints.

Of the 21 structures with expansion joints made of polyurethane investigated, 6 structures had to be repaired after a short time. These included 5 structures on federal motorways. This represents an accumulation of damage during construction work on federal motorways. No damage has occurred to the remaining 15 structures to date.

As the collection of experience has shown, errors or inaccuracies have often occurred during installation, which play a role in the majority of the damage. These have been documented and will be taken into account in future pilot projects. A final assessment of the practical suitability of this design is therefore only possible after the results of these further pilot projects are available.

  • Kontakt

    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
    Info-Service
    Telefon: 02204 43-9101
    Fax: 02204 43-2550
    info@bast.de

  • Zu beziehen über

    Carl Ed. Schünemann KG
    Zweite Schlachtpforte 7
    28195 Bremen
    Telefon: 0421 36903-53
    Fax: 0421 36903-48
    buchverlag@schuenemann-verlag.de
    www.schuenemann-verlag.de

  • Berichte zum Download

    Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen stehen ab dem Jahrgang 2003 zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.