Konstruktiver IngenieurBau Nr. 05

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1 Konstruktiver IngenieurBau Nr. 05 Betonbauteile von Eisenbahnbrücken Empfehlungen für die Festlegung der Expositions- und Feuchtigkeitsklassen / Ergänzung zu Ril 804 und ZTV-ING Juli Allgemeines Expositionsklassen Feuchtigkeitsklassen Eisenbahnspezifische Empfehlungen... 6 Vorwort Diese Information soll dem planenden, ausführenden und überwachenden Ingenieur im Bereich des Eisenbahnbrückenbaus auf Grund der Vielzahl zu beachtender Regelungen und Festlegungen Empfehlungen bei der Festlegung der Expositions- und Feuchtigkeitsklassen für Betonbauteile von Eisenbahnbrücken geben. Damit werden u.a. die normativen Regelungen der Ril 804 bzw. ZTV-ING ergänzt bzw. präzisiert. Hinweis Bei jedem Bauvorhaben sind die objektspezifischen Bedingungen zu berücksichtigen. Die hier angegebenen Empfehlungen sind stets auf Plausibilität zu prüfen. Verantwortlich: VDEI Fachgruppe Konstruktiver Ingenieurbau EURAIL-Ing. Magnus Hellmich Diese Information des VDEI Fachgruppe Konstruktiver Ingenieurbau ist eine Empfehlung und hat keine rechtsverbindliche Wirkung, jegliche Haftung wird ausgeschlossen. Die Anwendung ist immer im Einzelfall auf Plausibilität zu prüfen. KIB-Information Nr , überarbeitet kib Seite 1/8

2 - Seite 2/ 8 - Normative Verweisungen [N1] ELTB Eisenbahnspezifische Liste Technischer Baubestimmungen Eisenbahn-Bundesamt (EBA) [N2] EBRL Eisenbahnspezifische Bauregelliste Eisenbahn-Bundesamt (EBA) [N3] Richtlinie 804 Eisenbahnbrücken (und sonstige Ingenieurbauwerke) planen, bauen und instand halten (Deutsche Bahn AG) [N4] ZTV-ING Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Abteilung Straßenbau (BMVBS) [N5] DIN-Fachbericht 100 Beton 2005 DIN, Deutsches Institut für Normung e.v. [N6] DIN Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton - Teil 2: Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität DIN, Deutsches Institut für Normung e.v. [N7] Alkali-Richtlinie - Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktion im Beton (DAfStb-Richtlinie) Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) Normen- und Literaturhinweise [L1] [L2] [L3] [L4] DIN-Fachbericht 102 Betonbrücken 2003 DIN, Deutsches Institut für Normung e.v. DIN-Fachbericht 104 Verbundbrücken 2004 DIN, Deutsches Institut für Normung e.v. DIN Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 3: Bauausführung DIN, Deutsches Institut für Normung e.v. DIN Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 4: Ergänzende Regeln für die Herstellung und die Konformität von Fertigteilen DIN, Deutsches Institut für Normung e.v. [L5] Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen Wasserbau (ZTV-W) LB 215 Wasserbauwerke aus Beton und Stahlbeton Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung - Abteilung Wasserbau [L6] [L7] [L8] [L9] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) (Hrsg.): Erläuterungen zu den Normen DIN EN 206-1, DIN 1045 Teile 2 bis 4 und DIN 4226, Heft 526, Beuth Verlag, Berlin, 2003 Hellmich, M., Huber, B., Retzepis, I.: Empfehlungen zu Expositionsklassen für Eisenbahnbrücken Verband Deutscher Eisenbahn-Ingenieure e.v. (Hrsg.): Der Eisenbahningenieur 01/2009, DVV Media Group, Hamburg Hellmich, M., Retzepis, I.: Empfehlungen zu Feuchtigkeitsklassen für Eisenbahnbrücken Verband Deutscher Eisenbahn-Ingenieure e.v. (Hrsg.): Der Eisenbahningenieur 08/ 2009, DVV Media Group, Hamburg Müller, C; Borchers, I.: Alkali-Kieselsäure-Reaktion und das Bauen mit Beton VDB Information 100/ 08 Verband Deutscher Bauingenieure e.v. [L10] Haase, R.; Hintzen, W.; Marquordt, D. und Wiens, U.: Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktion im Beton BKS-AKTUELL Gesteins-Perspektiven 8/ 2007 [L11] Bauteilkatalog Planungshilfe für dauerhafte Betonbauteile nach der neuen Normengeneration 2009 aus der Schriftenreihe der Zement- und Betonindustrie [L12] Bauteilkatalog Planungshilfe für dauerhafte Betonbauteile nach der neuen Normengeneration 2004 aus der Schriftenreihe der Bauberatung Zement

3 - Seite 3/ 8-1 Allgemeines Die grundlegenden Vorgaben für den Eisenbahnbrückenbau in der Bundesrepublik Deutschland bzw. im Bereich der Eisenbahnen des Bundes (EdB) werden in folgenden Regelwerken gemacht: - Eisenbahnspezifische Liste Technischer Baubestimmungen (ELTB) [N1], - Eisenbahnspezifischen Bauregelliste (EBRL) [N2], - Richtlinie 804 Eisenbahnbrücken (und sonstige Ingenieurbauwerke) planen, bauen und instand halten [N3], - Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTV-ING) [N4]. Für den zu verwendenden Beton für Betonbauteile von Eisenbahnbrücken müssen durch den Planer gemäß den Regelwerken die geforderten Eigenschaften und zusätzlicher Anforderungen bei Beton nach Eigenschaften entsprechend DIN-Fachbericht (DIN-Fb) 100 Beton [N5] vorgegeben werden. Bild 1.: Übersicht über die Expositions- und Feuchtigkeitsklassen

4 - Seite 4/ 8 - Alle zu erwartenden Umwelteinflüsse haben Auswirkungen auf die Bewehrungs- und Betonkorrosion. Daher ist es wichtig, die Umwelteinflüsse möglichst genau einzuschätzen, um die Expositions- und Feuchtigkeitsklassen richtig festzulegen. Hierzu wurden in den Regelwerken Expositions- und Feuchtigkeitsklassen definiert. Diese Klassen ermöglichen es, die Eigenschaften des Betons zu formulieren, die notwendig sind, um die Dauerhaftigkeit und Gebrauchstauglichkeit der Betonbauteile eines Bauwerks während der gesamten Nutzung zu gewährleisten. Diese Festlegungen haben außerdem weitere betontechnologische und konstruktive Folgen, die zu beachten sind. Diese Information enthält Hinweise auf die bahnspezifischen Anwendungen der einzelnen Klassen. In besonderen Fällen sollte unbedingt weiterführende Literatur zu Rate gezogen werden. 2 Expositionsklassen Umgebungsbedingungen, die auf Beton einwirken, werden zunächst danach unterschieden, ob sie Bewehrungs- und/oder Betonkorrosion verursachen. Hierauf basierend, werden folgende Expositionsklassen definiert, die zur Differenzierung der Stärke eines Umweltangriffs weiter untergliedert sind: XO: kein Korrosion- oder Angriffsrisiko XC1 XC4: Bewehrungskorrosion durch Karbonatisierung des Betons XD1 XD3: Bewehrungskorrosion durch Chlorid aus Taumittel XS1 XS3: Bewehrungskorrosion durch Chloride aus Meerwasser und/oder Seeluft XF1 XF4: Betonkorrosion durch Frost mit/ohne Taumittel XA1 XA3: Betonkorrosion durch chemischen Angriff XM1 XM3: Betonkorrosion durch Verschleiß Die Richtlinie (Ril) 804 Eisenbahnbrücken (und sonstige Ingenieurbauwerke) planen, bauen und instand halten enthält im Modul Betonbrücken alle bahnspezifischen Festlegungen: In Abschnitt 2 (5) wird für tragende, bewehrte Bauteile aus Beton die Einhaltung der Mindestdruckfestigkeitsklasse C25/30 gefordert. Der äquivalente Wasserzementwert von 0,50 darf nicht überschritten werden. Abschnitt 2 (13) Expositionsklassen legt fest, dass Bauteile von Eisenbahnbrücken, die horizontal oder vertikal einen Abstand von weniger als 10 m zur Fahrbahn einer Straße oder einem Rad- oder Fußweg haben, als tausalzbeansprucht gelten, da sie im Sprühnebel- und Spritzwasserbereich liegen.

5 - Seite 5/ 8 - Außerdem gelten für diese Bauteile die gleichen Expositionsklassen und Anforderungen an den Beton wie bei Straßenbrücken nach ZTV-ING Teil 3, Abschnitt 1, Kapitel 4. In Absatz 11 dieses Kapitels wird festgelegt, wie einzelne Bauteile den Expositionsklassen zuzuordnen sind, wenn Frost oder Tausalz einwirken. Für alle anderen Umgebungseinwirkungen gilt der DIN-Fachbericht 100, in dem die zuzuordnenden Expositionsklassen definiert sind. Wichtig: Es ist notwendig, alle Expositionsklassen anzugeben, die die Umgebungsbedingungen beschreiben. Dies gilt auch für die Klassen, die zunächst als nicht maßgebend erscheinen. 3 Feuchtigkeitsklassen Eine im Beton mögliche Alkali-Kieselsäure-Reaktion wird durch die Festlegung der Feuchtigkeitsklasse in dieser Norm berücksichtigt: DIN : Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 2: Beton Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität [N6] Als technische Regel wurden die vorbeugenden Maßnahmen in der Alkali-Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton dargelegt: DAfStb-Richtlinie Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktion im Beton [N7]. Nach DIN : werden die Feuchtigkeitsklassen folgendermaßen unterteilt: W0: weitgehend trocken WF: häufig oder länger feucht WA: wie WF, zusätzlich häufigere oder langzeitliche Alkalizufuhr von außen WS: wie WA, zusätzlich mit hoher dynamischer Belastung Die Festlegung der Feuchtigkeitsklasse erfolgt ergänzend zu den Expositionsklassen bei der Betonbezeichnung (Beton nach Eigenschaften). Betonhersteller müssen diese Vorgaben berücksichtigen, um geeignete Gesteinskörnungen in Abhängigkeit von deren Alkaliempfindlichkeitsklasse bzw. Alkaliempfindlichkeit auszuwählen zu können. Vorgaben für die Festlegung von Feuchtigkeitsklassen werden in Teil 3 Massivbau der ZTV-ING gemacht (Abschnitt 1 Beton, Punkt 3 Anforderungen an die Betonzusammensetzung, Unterpunkt 3.1 Verwendung von Gesteinskörnungen ). Ergänzend zur Alkali-Richtlinie des DAfStb legt die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) in der ZTV-ING fest, dass alle Bauwerke mindestens der Feuchtigkeitsklasse WA zuzuordnen sind. Dadurch erfolgt eine Festlegung der Gesteinskörnungen, unter anderem hinsichtlich deren Alkaliempfindlichkeitsklasse und dem Frost-Tau-Widerstand.

6 - Seite 6/ 8-4 Eisenbahnspezifische Empfehlungen Die vorbehaltlose Anwendung der normativen Regelungen entspricht nicht immer den realen Erfordernissen im Eisenbahnbrückenbau. So enthält die Ril 804 beispielsweise keine Regelung zur Festlegung der Feuchtigkeitsklasse. Auf Grund objektiver Gegebenheiten bedürfen die normativen eisenbahnspezifischen Regelungen einer Modifizierung, insbesondere hinsichtlich der Festlegung von Expositions- und Feuchtigkeitsklassen. Daher werden an dieser Stelle unter Beachtung eisenbahnspezifischer Belange und der einschlägigen Fachliteratur ([L1] [L10]) sowohl die Regelungen im DIN-Fb 100 (Expositionsklassen) als auch in der DIN (Feuchtigkeitsklassen) präzisiert und ergänzt. Ein wesentliches Kriterium bei der Festlegung der Expositionsklassen in diesem Zusammenhang ist die Frage der Tausalzbeanspruchung. Relevant ist auch, ob konstruktive Maßnahmen zur Ableitung tausalzhaltigen Spritzwassers an Widerlagern und Pfeilern vorhanden sind, etwa ein Straßenablauf, ein Quergefälle oder eine Straßenmulde. Grundlegende Ausführungen zur Festlegung der Expositionsklasse sind im Fachartikel Empfehlungen zu Expositionsklassen für Eisenbahnbrücken [L7] nachzulesen. Bei der Festlegung der Feuchtigkeitsklasse ist die Alkalizufuhr von außen ein wichtiges Kriterium. Außenbauteile sind generell in Klasse WA einzustufen. Ist kein Alkalieinfluss vorhanden, ist auch eine Einstufung in Klasse WF möglich. DIN-Fb 100 Umgebungsbedingungen DIN Alkali-Kieselsäure-Reaktion Festlegung Expositionsklassen Festlegung Feuchtigkeitsklassen Betontechnologie - Mindestdruckfestigkeit - Wasser-Zement-Wert - Zementgehalt - Zementart - Zusatzstoffe - Luftporengehalt - Zusätzliche Anforderungen - Gesteinkörnung Konstruktion - Anforderungsklasse - Rissbreite - Betondeckung - Ermüdungsfestigkeit Diagramm 1: Übersicht über den Prozess Festlegung der Expositions- und Feuchtigkeitsklassen

7 - Seite 7/ 8 - Für die Festlegung der Expositions- und Feuchtigkeitsklassen wird folgendes empfohlen: Bild 2: EÜ über Straßen, Rad- und Gehwegen und Eisenbahnen Bild 3: EÜ über Gewässern Weitere Zuordnungen und Klassifizierungen spezieller Bauteile können dem Bauteilkatalog aus der Schriftenreihe der Zement- und Betonindustrie [L11] oder der Bauberatung Zement [L12] entnommen werden.

8 Ingenieurbau Eisenbahnbrücken Bauteile bewehrt 1,6 Expositionsklassen X0 XC XD XS XF XA XM Feuchtigkeitsklasse min f ck ohne Risiko Karbonatisierung Meer Taumittel Angriff 11 Verschleiß Chlorid / Frost / Chem. Chlorid Frost W Mindestdruckfestigkeitsklasse Betondeckung 3 c nom [mm] Bemerkungen 1 Sauberkeitsschicht X C12/15 - unbewehrt 2 Gründung* X X 5 * X 7 X* X** X 5 * WF/ WA 7 C25/301,3 * Ab 0,8 m unter GOK 4,5,7 55 C30/37 kann i.d.r. XD/ XF 3 Gründung* X X 5 * X 7 X* X** X 5 * X 2 WF/ WA 7 C25/301,3 entfallen. 4,5,7 55 schwacher chemischer Angriff C30/37 Frostgrenze, 4 Gründung* Grundwasserstand X X 5 * X 7 X* X** X 5 * X 2 WF/ WA 7 C30/37 4,5,7 55 mäßiger chemischer Angriff und Versickerungsfähigkeit des Bau- 5 Gründung* X X 5 * X 7 X* X** X 5 * X 2 WF/ WA 7 C35/45 2 grundes beachten! 55 starker chemischer Angriff ** XF3 bei Grundwasser 6 Widerlager/ Pfeiler X X 7 X WF/ WA 7 C25/302 Frost, nicht tausalzbeansprucht C30/ /559 7 Widerlager/ Pfeiler Frost, tausalzbeansprucht 5 X X 4,10 X X 7 X 4,10 X 13 C30/37 4,10 Spritzwasser- u. WA 2 45/559 C35/45 Sprühnebelbereich 8 Widerlager/ Pfeiler am Gewässer 12 X X 7 X WF/ WA 7 C25/302 Frost C30/ /559 9 Widerlager/ Pfeiler am Gewässer 12 X X 7 X WF/ WA 7 C30/ / Frost, Wasserwechselzone 10 Widerlager/ Pfeiler am Gewässer 12 X X 7 X WF/ WA 7 C30/ / Unterwasserbereich 11 Überbau X X 7 X WF/ WA 7 C25/302 Frost, nicht tausalzbeansprucht C30/37 2,7 45 *** Spannbeton 3 *** 12 Überbau Frost, tausalzbeansprucht 5 X X X 7 X WA C30/ Sprühnebelbereich 13 Randkappe X X 7 X WF/ WA 7 C25/302 Frost, nicht tausalzbeansprucht C30/ / Randkappe Frost, tausalzbeansprucht 5 X X X 7 C25/30LP 2,4 X WA C30/ /258 Sprühnebelbereich 1 Ril / 4301 ( ) 2 DIN-Fb 100 (2001) 4.1; T. 2; T. F.2 3 DIN-Fb 102 (2003) 3.1.4; T ZTV-ING (3-1; 07/06) Abschn. 4 7 WA/ XS nur in Küstennähe 10 bei konstruktiven Maßnahmen 5 a < 10 m tausalzbeansprucht 1 8 betonberührte Fläche zur Ableitung tausalzhaltigem 6 w/z-wert 0,5 1 9 erdberührte Fläche Spritzwassers, sonst XD3, XF4 Tabelle 1: Empfehlungen zu den Expositions- und Feuchtigkeitsklassen für Bauteile von Eisenbahnbrücken (Stand 2009:06) 11 Sulfat bei XA ist explizit anzugeben 12 kein Meerwasser 13 nur erdfeuchter Beton 2 (w/z-wert 0,4) KIB-Information Nr. 05 Juli 20 Arbeitsstück Stand: :18 Seite 8/8