Kolloquium Verkehrsplanung und Bahntechnik 5. Mai 2014

Transkript

1 Kolloquium Verkehrsplanung und Bahntechnik 5. Mai 2014 Fugen für Straßenbahngleise - Innovative Lösungsansätze für langlebige Fugenkonstruktionen am Beispiel der Entwicklung in Leipzig Dr.-Ing. Gerd Grütze

2 Agenda Problemfelder Grundlagen der Fugen im Straßenbahngleis Fugenmaterialien

3 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien

6 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien IVD-Merkblatt Nr. 3 ZTV Fug-StB 11 DIN

7 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Mindestfugentiefe nach IVD-Merkblatt Nr. 3, Konstruktive Ausführung und Abdichtung von Fugen in Sanitär- und Feuchträumen Bei der Fugenbreite bf ist grundsätzlich zu berücksichtigen, dass die Gesamtverformung des Dichtstoffes (Summe aus Stauchung, Dehnung und Scherung) bezogen auf die Fugenbreite bf nicht größer ist als die Zulässige Gesamtverformung des Fugendichtstoffs, maximal 25%.

8 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien ZTV-Fug StB F u g e n m a s s e (nach ZTV-Fug StB): Heiß oder kalt verarbeitbares Material, das in den Fugenspalt eingeftillt wird. Typ N 1 gemäß TL Fug-StB: heiß verarbeitbare, bitumenhaltige thermoplastische Masse, die vorwiegend elastisch eingestellt ist Typ N2 gemäß TL Fug-StB: heiß verarbeitbare, bitumenhaltige thermoplastische Masse, die vorwiegend plastisch eingestellt ist. K 1 a s s e 2 5 und K I a s s e 3 5 gemäß TL F u g-s tb : kalt verarbeitbares, reaktives Ein- oder Zweikomponentensystem mit elastischen Eigenschaften. Allgemeines Die Fugenfüllung muss langfristig funktionsfaltig bleiben, damit baustellenbedingte Beeinträchtigungen des Verkehrs durch größere Erhaltungsintervalle reduziert werden. Durch die Fugenfüllung soll die Fuge so abgedichtet werden, dass eine Schädigung des Oberbaus durch Eindringen von Oberflächenwasser verhindert wird. Außerdem soll das Eindringen von Feststoffen in die Fuge verhindert werden, damit die freie Beweglichkeit der Bauteile gegeneinander gewährleistet ist.

9 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Fugenherstellung: Schneidschlamm bzw. Fräsgut ist während dem Schneiden oder Fräsen aufzunehmen und schadlos zu beseitigen. Der Fugenspalt ist stets kurz vor dem Einbau der Fugenfüllstoffe zu säubern. Flanken von Verkehrsflächen aus Beton, Asphaltschichten oder Pflaster sind von allen losen Bestandteilen zu reinigen. Einbringen des Fugenfüllstoffs: Vor dem Einbau der Fugenmasse ist ggf. der Unterfüllstoff so einzubringen, dass die erforderliche Vergusstiefe der Fugenmasse erreicht wird. Die Fugenflanken und die Unterfüllung müssen beim Einbau der Fugenmasse trocken und sauber sein. Unterfüllstoff: Der Unterfüllstoff hat bei Fugenverguss die Aufgabe, die Haftung des Verguss am Fugengrund zu vermeiden, er sollleicht verformbar sein und nicht am Untergrund haften. Darüber hinaus stellt er die erforderliche Vergusstiefe sicher. Die Verträglichkeit von Unterfüllstoff mit Voranstrich und Fugenvergussmasse sind Nachzuweisen. Witterungsverhältnisse: Heiß verarbeitbare Fugenmassen dürfen nur bei trockener Witterung und einer Oberflächentemperatur der Fugenflanken von mindestens 0 oc eingebaut werden. Schienenfugenmassen dürfen nur bei einer Schienentemperatur von mindestens 3 oc vergossen werden.

10 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Anforderungen an den Fugenspalt: Fugenflanken müssen im Bereich der Haftflächen trocken, sauber und staubfrei sein. Anhaftendes Trennmittel muss vor dem Verfüllen der Fugen entfernt werden. Schienenfugenmassen : Um ein Absacken der Schienenfugenmasse zu verhindern, muss die Kammerfüllung standfest sein. Fugenabmessungen: Die Abmessungen des Fugenspaltes sind durch die Art der Schienen und durch den Straßenoberbau vorgegeben. Die Fugenspaltbreite beiderseits der Schiene soll nicht größer als 60 mm sein und die Fugenspalttiefe nicht größer als 55 mm. Die Fugenmasse muss mindestens 3 mm unter Oberkante des Schienenkopfes vertieft eingebaut werden. Schieneneinsenkung: Die Lagerungsart der Schiene - elastisch oder starr- ist anzugeben. Bei der maximalen Einsenkung der Schiene bis 0,8 mm können die heiß verarbeitbaren Schienenfugen-massen gemäß TL Fug-StB eingesetzt werden.

11 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Bei Einsenkungen der Schiene > 0, 8 mm ist damit zu rechnen, dass eine aus den vertikalen und horizontalen Bewegungen resultierende Bewegung entsteht, die mit den heiß verarbeitbaren Schienenfugenmassen gemäß TL Fug-StB nicht mehr aufgenommen werden kann bzw. das erforderliche Rückstellverhalten nicht erzielen kann. Deshalb sind hier Sonderlösungen zu empfehlen. Diese können auf Bitumenbasis oder auf Basis kalt verarbeitbarer Fugenmassen sein. Diese sind jedoch gemäß Anforderungsprofil, anhand von Gebrauchstauglichkeitsprüfungen, Gutachten o. ä. nachzuweisen.

12 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Systemprüfung nach DIN 45673, Blatt 8 Prüfkörper 2: -System- Prüfkörperlänge 2 m Ermittlung der elastischen Eigenschaften Nachweis der Gebrauchstauglichkeit des Oberbausystems Gleis mit Spurstangen (Spurhalter): zwei eingebettete Schienen mit elastischen Elementen sowie den weiteren Konstruktionselementen Spurstangen liegen mittig in einem Abstand von 1,5 m zueinander Spurweite (Schienenabstand) 1000 mm. Gleis ohne Spurstangen: Prüfkörper kann aus nur einer eingebetteten Schiene mit elastischen Elementen sowie den weiteren Elementen bestehen. Der Prüfkörper 2 ist dann praktisch ein halbes Gleissystem

13 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Quelle: DIN

18 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien k stat,z = 17,0 kn/mm/m Quelle: Prüfzeugnis nach DIN der edilon)(sedra GmbH

19 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Konklusion Politische Themen Förderungen/Subventionen Wertigkeit der Fuge im Vergleich zum Gesamtsystem Wartungszyklen - Instandhaltungen Themen in der Planungsphase Fugendimensionierung Starre oder elastische Lagerung Befahrbar/Nicht befahrbar Einbauphase Ausführungsqualität Einbauzeit

20 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Fugenmassen Heiß verarbeitbare Bitumenmassen thermoplastische Masse, vorwiegend elastisch eingestellt thermoplastische Masse, vorwiegend plastisch eingestellt Kalt verarbeitbare Kunststoffmassen reaktives Ein- oder Zweikomponentensystem mit elastischen Eigenschaften

21 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Fugenflanken-Vorbereitung

22 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Fugenflanken-Vorbereitung

23 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Bituminöser Fugenverguss

24 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Bituminöser Fugenverguss

25 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Kunststoff-Fugenverguss Definition Kunststoffe (Plastics, Polymere) Kunststoff: ein nicht durch die Natur hergestellter Stoff Kunststoffe sind synthetisch, verformbare ( plastics ) Stoffe die aufgebaut sind durch lange Ketten von Molekülen (Macromolekulen) wobei immer Kohlstoffverbindungen (organisch) zentral anwesend sind. Kunststoffe bestehen aus zwei Hauptgruppen: Thermoplasten (durch P/T unendlich verformbar) Thermoharders (einmalig Verformbar)

26 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Erfindungen von Kunststoffen 1869 Celluloid 1907 Fenol & Formaldehyde (Bakelite) 1912 PVC 1930 Epoxy 1935 Polyamide (Nylon) 1937 Polyurethane ** 1941 Polyester 1946 Expandiertes polystyreen 1952 Polycarbonat 1989 Silanmodifizierte Polymere

27 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Angewendete Fugenmaterialien im Gleisbaubereich Bitumen Polymer - Bitumen Polyurethane Elastomere Polysulfid Elastomere Elastische Epoxy Vergussmassen Mischungen von diesen Materialien Neumaterial: STP elastomer

28 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Beispiel: Polyurethane

29 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien STP elastomeren für Fugenverguss STP-Vernetzung: Hydrolyse & Kondensation basiert Kein Polyaddition keine (kaum) Wärmeenergie Wasserunempfindlich

30 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien PU STP STP-Vernetzung im Vergleich mit ein Polyurethan-Vernetzung: Mehr STP-Moleküle verfügbar - für mehr Vernetzung zum Untergrund: Bessere Haftungseigenschaften, zum Beispiel für Asphalt, Kunststoff, usw

31 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Erfahrungen im Gleisbaubereich Unterschied: Chemische Vernetzung vor-fertigung (konditioniert Fertigteile) Chemische Vernetzung in Situ (nicht-konditioniert) Verarbeitung (chemische Vernetzung) von Kunststoffen am Gleis: Klima Umstände (Temperatur / Luftfeuchtigkeit / Regen / Wind / usw) Keine konditionierte Umgebung Logistik (Tunnel, Bruecke, usw) Zeitfenster für die Verarbeitung von Kunststoffen ist sehr beschränkt Installations-Methode in Situ : wie einfacher - wie besser

32 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien STP Elastomere für Fugenbereiche + Haftungseigenschaften: Hervorragend (nur Beton Vorbehandlungsmittel) + Unempfindlich gegen Wasser + Installationsprozedur in Situ stark vereinfacht + kein Gefahrgut + keine toxischen Gase während eventueller Verbrennung + annähernd gleiche Materialeigenschaften im Temperaturbereich von -20 C bis + 60 C (z.b. Elastizität und Shore) - STP Chemie ist teurer - höhere Viskosität - 4 Jahre Erfahrung im Gleis

36 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Entwicklungen im Kunststoff - Fugenmaterialien

38 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Bauweisen und Fugenausbildung in der Vergangenheit Bauweise: Großverbundplatten (GVP) überwiegend auf ungebundener Bettung Deckenschluss: Füllbeton und Gussasphaltdeckschicht MA Fugenausbildung: bituminöse Fugenfüllung, Breite am Fahrkopf ca. 2 cm Quelle: Vortrag VCL, Dipl.-Ing. Gerd Hirschelmann

39 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Quelle: Vortrag VCL, Dipl.-Ing. Gerd Hirschelmann

40 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Bauweisen und Fugenausbildung in der Vergangenheit Bauweise: Rillenschienen-Rahmengleis auf bit. Unterguss auf Betontragschicht Deckenschluss: Füllbeton und Gussasphaltdeckschicht MA(bzw. SMA oder AC) Fugenausbildung: bituminöse Fugenfüllung, Breite am Fahrkopf ca. 2 cm Quelle: Vortrag VCL, Dipl.-Ing. Gerd Hirschelmann

42 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Bauweisen und Fugenausbildung in der Vergangenheit Bauweise: Rillenschienen-Rahmengleis auf Stopfdamm auf Packlage/Schotter-TS Deckenschluss: Naturstein- /Kupferschlacke-/ Betongroßpflaster Fugenausbildung: bituminöse Fugenfüllung, Breite am Fahrkopf ca. 5 cm Quelle: Vortrag VCL, Dipl.-Ing. Gerd Hirschelmann

44 Problemfelder Grundlagen Fugenmaterialien Bauweisen und Fugenausbildung in Leipzig Bauweise (seit 2009): -kontinuierlich elastisch gelagertes Rillenschienengleis mit Spurstangen gemäß den Anforderungen der DIN Elastische Elemente des Oberbaus von Schienenfahrwegen -vertikale Einsenkung ca. 0,7 mm -Fugenfüllung bituminös, vorzugsweise mit System Basel Quelle: Vortrag VCL, Dipl.-Ing. Gerd Hirschelmann