Horchheimer Brücke - BSV Ing.-Büro H. Tebbe
Horchheimer Brücke - BSV Ing.-Büro H. Tebbe
Horchheimer Brücke - BSV Ing.-Büro H. Tebbe
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Instandsetzung angehängter <strong>Brücke</strong>nkonstruktionen; H. <strong>Tebbe</strong><br />
<strong>Horchheimer</strong> <strong>Brücke</strong> Koblenz<br />
Instandsetzung angehängter <strong>Brücke</strong>nkonstruktionen<br />
Holger <strong>Tebbe</strong><br />
Unter Mitwirkung von:<br />
Stefan Lietz, Koblenz<br />
Markus Brühl, Koblenz<br />
Frank Tataranni, Koblenz<br />
Peter Schwarz, Koblenz<br />
Zusammenfassung<br />
Im vorliegenden Artikel über die <strong>Horchheimer</strong> <strong>Brücke</strong> wird die Instandsetzung von stark geschädigten Fuß- und<br />
Radwegebereichen einer Eisenbahnbrücke dargestellt. Im Bereich von historischen Bauwerken können die Ertüchtigung und der<br />
Neuanschluss derartiger Konstruktionen sich teilweise sehr aufwendig gestalten. Das vorliegende Beispiel ist auch deshalb<br />
interessant, weil an der gleichen <strong>Brücke</strong> bei gleicher Konstruktion auf den beiden Vorlandbrücken völlig unterschiedliche<br />
Instandsetzungskonzepte verfolgt und umgesetzt wurden.<br />
So wurde auf der einen <strong>Brücke</strong>nseite (Oberwerth, siehe Bild 1) ein an das ursprüngliche Tragwerkskonzept angelehnter<br />
Neuentwurf umgesetzt. Die bestehenden schadhaften Betonkragarme wurden einschließlich der Gehwegplatte und deren Aufbau<br />
entfernt. An die bestehenden Altanschlüsse wurde als neues Tragwerk eine leichte Stahlkonstruktion angeschlossen.<br />
Auf der <strong>Horchheimer</strong> Vorlandbrücke (siehe Bild 2) wurde die an die Hauptbrücke angehängte Konstruktion durch eine<br />
selbsttragende <strong>Brücke</strong>nkonstruktion aus Stahlfachwerken und Plattenbalken ersetzt. Die neue Vorlandbrücke besteht nunmehr<br />
aus drei selbsttragenden Einfeldträgern, die auf die ertüchtigten Pfeilervorlagen der Hauptbrücke aufgesetzt wurden.<br />
Ausführlich wird beschrieben, wie<br />
• kritische Baustoffeigenschaften (z. B. Betonstahl ohne Schweißeignung und mit geringer Kerbschlagzähigkeit)<br />
• teilweise unzugängliche Anschlusskonstruktionen im Gleisbett<br />
• laufender Bahnbetrieb<br />
teilweise enge Rahmenparameter für Konzeptionsmöglichkeit und die nachfolgende Planung bildeten.<br />
Ein ausführlicher Fachbericht zur <strong>Brücke</strong> und den durchgeführten Arbeiten ist im Mauerwerkskalender 35 (2010) [1] abgedruckt.<br />
Zur Verkehrsgeschichte der Eisenbahnbrücken im Raum Koblenz sei auf [2] verwiesen.<br />
1 <strong>Brücke</strong>naufbau<br />
Die gesamte <strong>Brücke</strong> besteht in Längsrichtung aus mehreren separaten <strong>Brücke</strong>nteilen. Von Koblenz-Oberwerth Richtung<br />
Horchheim sind folgende <strong>Brücke</strong>nabschnitte vorhanden:<br />
• Flutbrücke Oberwerth bestehend aus 2 Bögen à 30 m und 1 Bogen à 34,25 m Stützweite, vergleiche Bild 1<br />
• Strombrücke (2-feldrigen Durchlaufträger aus Stahl mit einem Pfeilerabstand von 2 x 117,56 m), vergleiche Bild 1<br />
• Flutbrücke Horchheim bestehend aus 1 Bogen mit 35 m Stützweite, vergleiche Bild 2<br />
• ehem. Straßenbahndurchlass, lichte Weite ca. 3,30 m, vergleiche Bild 2<br />
• Kreuzungsbauwerk über die DB-Strecke Koblenz-Ehrenbreitstein / Nieder-Lahnstein (Stützweite 10 m), vergleiche Bild 2<br />
Bild 1: Übersicht <strong>Horchheimer</strong> <strong>Brücke</strong>, Blick stromabwärts, Vordergrund 3 bogige Oberwerther Vorlandbrücke,<br />
sichtbar sind der mittlere Betonbogen und der stromseitige Mauerwerkbogen
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Bild 2: Vorlandbrücke Horchheim, Blick stromabwärts,<br />
von links nach rechts: 1. <strong>Brücke</strong>nbogen über Leinpfad;<br />
2. ehem. Straßenbahndurchführung (verdeckt durch Baum);<br />
3. Eisenbahnüberführungsbauwerk DB<br />
2 <strong>Brücke</strong>ninspektionen<br />
2.1 Maßnahmen bis Ende 2004<br />
Aufgrund alterungsbedingter Schäden wurde Mitte der 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts der unterstromige Gehweg seitens<br />
der Stadtverwaltung Koblenz gesperrt. Im September 2004 wurden bei einer Überprüfung durch Mitarbeiter des Tiefbauamtes<br />
auch auf der oberstromigen Vorlandbrücke Oberwerth schwere Schäden in der Gehwegplatte festgestellt, vergleiche Bild 3. In der<br />
Folge musste auch der oberstromige Radweg geschlossen werden.<br />
Bild 3: Fuß- und Radwegebereich bestehend aus den in den Randbalken eingelassenen Kragarmen, Gehwegplatte und<br />
Randbalken aus äußerem Abschluss, Ausbruch in oberstromiger Gehwegplatte im Bereich des landseitigen<br />
Bogens der Oberwerther Vorlandbrücke<br />
Bild 4: Untersicht Oberwerther Vorlandbrücke oberstromig nach Schließung September 2004
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2.2 Untersuchungen im Zeitraum 2004 – 2007<br />
Nach Feststellung des Schädigungumfanges an den Fußgängerteilbrücken, vergleiche Bild 4, wurden zur Erstellung eines<br />
Instandsetzungskonzeptes zunächst umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Grundlage der Untersuchungen und<br />
Untersuchungskonzepte bildeten die aktuellen Regelwerken zur Instandsetzung wie Rili SIB [3] und ZTV ING [4], die<br />
DIN Fachberichte 101 [5] und 102 [6]. Darüber hinaus mussten natürlich auch zeitgenössische Betonnormen, vergleiche [7]<br />
und [8], historische (z.B. [9])sowie aktuelle (z.B. [10] und [11]) Vorgaben aus dem Mauerwerksbau, berücksichtigt werden. Die<br />
Dokumentation erfolgte im Wesentlichen nach DIN 1076 [12] sowie auf der hierauf beruhenden Richtlinie [13].<br />
Da es sich um angehängte Teilbrücken handelte, musste die eigentliche Eisenbahnbrücke in das Untersuchungs- und<br />
Instandsetzungskonzept mit einbezogen werden. Dies bedingte für diese und die folgenden Maßnahmen eine enge Abstimmung<br />
mit den zuständigen Bahnabteilungen für die <strong>Brücke</strong>nbauwerke und den laufenden Fahrbetrieb.<br />
Im Einzelnen wurde<br />
• eine augenscheinliche Zustandserfassung des Alterungszustandes und der Schäden der Bundesbahnbrücke unter<br />
Berücksichtigung der Feststellung in den <strong>Brücke</strong>nbüchern,<br />
• eine augenscheinliche Erfassung der Konstruktionsweise und des Zustands aller 4 angehängten Teilbrücken<br />
(Fußgängerbrücken) der beiden Vorlandbrücken,<br />
• betontechnologische Untersuchungen des dem Gewölbe aufgelagerten <strong>Brücke</strong>nbalkens, der Kragarme, der Gehwegplatte<br />
und des Randbalkens, im Einzelnen:<br />
- Feststellung der Betongüte (Druckfestigkeit, Karbonatisierungstiefe, Gefüge, Alterungsschäden)<br />
- Untersuchung der Bewehrung (Bewehrungsführung, Korrosionsschäden, Bestimmung der Stahlgüte)<br />
- Untersuchung auf Chloride der sonstige Stahl-, Beton- oder Stahlbeton angreifende Stoffe, insbesondere in den<br />
Kragarmen<br />
• Untersuchung des Mauerwerkes der Gewölbe (Mauerwerksverband, Stein- und Mörtelgüte, Alterungsschäden)<br />
• Auszugsversuche von Ankern im Beton und im Mauerwerk<br />
durchgeführt. Diese, unter wesentlicher Mitwirkung des Chemisch Technischen Laboratorium Heinrich Hart GmbH, Neuwied,<br />
durchgeführten Untersuchungen waren Grundlage der Neuerrichtung der oberstromigen Oberwerther Teilbrücke.<br />
2.3 Untersuchungen im Zeitraum 2008 – 2009<br />
Es sollte in erster Linie festgestellt werden, in wie weit die Unterstromseite für den Zeitraum genutzt werden kann, in dem die<br />
Oberstromseite wegen der anstehenden Ertüchtigung der oberstromigen Fußgängerteilbrücke auf der <strong>Horchheimer</strong> Seite gesperrt<br />
werden muss. Weiterhin lagen und liegen auch Überlegungen vor die Unterstromseite wieder für den dauerhaften Betrieb zu<br />
ertüchtigen. Die Prüfung bezog sich diesmal im Wesentlichen nur auf in der Baulast der Stadt befindliche Bauteile; die eigentliche<br />
DB-<strong>Brücke</strong> war daher nicht im Prüfumfang enthalten. Ergänzend zu den bisherigen Erkenntnissen wurden<br />
Substanzuntersuchungen analog dem bereits im Abschn. 2.2 skizzierten Umfang (Erneuerung der oberstromigen Teilbrücke<br />
Oberwerther Seite) vorgenommen. Die Untersuchungen an den Pfeilern erfolgten teilweise vom Seil aus, siehe Bild 5.<br />
Bild 5: Sondierungsbohrung am <strong>Horchheimer</strong> Flusspfeiler, vergleiche Bild 2<br />
Die im Zuge dieser Untersuchung festgestellten außergewöhnlichen Schäden führten dazu, dass auch der oberstromige Fuß- und<br />
Radweg im Januar 2009 erneut gesperrt wurde. Eine Überprüfung des bisher nicht instandgesetzten Teilstückes auf der<br />
<strong>Horchheimer</strong> Seite zeigte dann, dass der Radweg aufgrund der erheblichen Verkehrsgefährdung bis auf weiteres nicht wieder<br />
geöffnet werden konnte.
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In der Folge waren gesonderte Maßnahmen notwendig, die ein möglichst schnelles Wiederherstellen einer Fuß- und<br />
Radwegeverbindung über die <strong>Horchheimer</strong> <strong>Brücke</strong> sicherstellen konnten. Unter Anderem musste unter allen Umständen<br />
sichergestellt werden, dass zur Bundesgartenschau 2011 eine <strong>Brücke</strong>nquerung per Rad und zu Fuß möglich ist.<br />
Man entschied sich die standsicherheitsgefährdeten Teilbereiche der oberstromigen Teilbrücke durch drei selbsttragende<br />
Einfeldträger zu überbrücken, so dass der oberstromige Geh- und Radweg im Juni 2009 wieder eröffnet werden konnte.<br />
3 Untersuchungsergebnisse Vorlandbrücken<br />
3.1 Bogenpfeiler<br />
Die unter- und oberstromigen Bogenpfeiler besitzen wie die Strompfeiler eine unter- und oberstromige ovale Verbreiterung zur<br />
Verringerung des Strömungsdruckes und als Anprallschutz. Die Bereiche sind mit Basalt verkleidet. Die Vorbauten enden etwa im<br />
Kämpferbereich. Die entsprechenden Vorsprünge sind mit einer überstehenden kegelförmigen Abdeckung versehen, die<br />
ebenfalls mit Basalt bekleidet ist, siehe Bilder 1 und 2. Die Seitenflächen besitzen eine Basalteinfassung, die Fläche ist mit<br />
bossiertem Grauwackemauerwerk verkleidet, siehe Bild 6.<br />
Die Pfeiler wurden, mit Ausnahmen der im Zuge der oberstromigen <strong>Horchheimer</strong> <strong>Brücke</strong>nertüchtigung durchgeführten<br />
Maßnahmen lediglich augenscheinlich begutachtet.<br />
An den einseitig angebrachten Entwässerungsöffnungen der Bogenpfeiler sind keine funktionsfähigen Fall-Leitung mehr<br />
angeschlossen. Entsprechende Spritzwasser und Folgeschäden sind zu beobachten, vergleiche Bild 6. Die Pfeiler, deren Bögen<br />
gesprengt wurden, weisen tendenziell stärkere Durchfeuchtungen auf. Sinterspuren weisen auch auf eine Durchfeuchtung der<br />
Pfeiler der Hauptbrücke hin. Dementsprechend sind verschiedentlich Ausbrüche und Schäden an den Stoß- und Lagerfugen des<br />
Verblendmauerwerkes vorzufinden.<br />
Bild 6: Oberwerther Vorlandbrücke, landseitiger Pfeiler des mittleren Betonbogens, Feuchteschäden im Ansatz des<br />
Betongewölbes, Entwässerungsöffnung mit eingewachsenem Strauch<br />
An Stellen die Vorschale im Zuge der Beseitigung der Kriegsschäden durch eine nur ca. 5 cm (Basalt) bzw. 10 cm (Grauwacke)<br />
starke Verblendung ersetzt wurde, ist diese gemäß Klopfprobe stellenweise hohllagig.<br />
An dem Flusspfeiler und dem landseitigen Pfeiler des <strong>Brücke</strong>nbogens der <strong>Horchheimer</strong> Vorflutbrücke wurden horizontale und<br />
vertikale Sondierungsbohrungen eingebracht. Auf zunächst ebenfalls geplante Schrägbohrungen wurde aufgrund der erschwerten<br />
Bohrbedingungen verzichtet.<br />
Der Landpfeiler der Bogenbrücke war vom Leinpfad, siehe Bild 2, nicht mittels Hubsteiger zu erreichen, da die Zugänglichkeit des<br />
Leinpfades höhen- und breitenmäßig beschränkt war. Zur Sondierung der Außenseite des Landpfeilers wurde eine seitliche<br />
Auslegung von rund 27 m bei einer Hubhöhe von 18 m benötigt. Die Reichweite von möglichen Fahrzeugen, die den Leinpfad<br />
benutzen konnten, reichte hierfür nicht aus.<br />
Durch Einsatz von Industriekletterern, siehe Bild 5, konnte eine langwierige und kostspielige Einrüstung des Pfeilers vermieden<br />
werden. Etwaige Abstimmungen mit dem Bundesschifffartsamt (Konzeption des Anprallschutzes für den Schifffahrtsverkehr,<br />
Sicherung des Gerüstes gegen Hochwassereinflüssen etc.) konnten so ebenfalls entfallen. Es war lediglich eine Abstimmung mit<br />
der DB Netz AG hinsichtlich der Eingriffe in die bahneigene Bausubstanz und der Sicherung gegenüber dem laufenden<br />
Bahnverkehr notwendig.<br />
Die mit Wasserspülung durchgeführten Kernbohrungen wurden im Bereich der Außenfassade mit einem Durchmesser von<br />
164 mm durchgeführt, in der Tiefe wurde der Durchmesser auf 111 mm reduziert. Die senkrechten Sondierungen reichten bis zu
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einer Tiefe von rund 1,90 m. Die in ca. 1 m unter Laufniveau angeordneten horizontalen Bohrungen erreichen in Querrichtung<br />
zum Fluss eine Tiefe bis ca. 1,80 m und in Fließrichtung eine Tiefe bis ca. 2 m.<br />
Da zur Erzielung geeigneter Anschlagpunkte für die am Seil durchgeführten Bohrungen am landseitigen Bogenwiderlager erst<br />
Teile der Gehwegplatten hätten entfernt werden müssen, wurde hier auf Bohrungen in Querrichtung verzichtet. Die in<br />
Querrichtung angeordneten Horizontalbohrungen wurden ebenfalls in einer Tiefe von ca. 1 m unter der Gehwegoberfläche<br />
angeordnet.<br />
Bild 7: Oberwerther Vorlandbrücke, Beispiele entnommener Bohrkernabschnitte<br />
Erwartungsgemäß wurden keine durchgängig aufgemauerten Pfeiler vorgefunden. Der Pfeilerkern bestand erwartungsgemäß aus<br />
mineralisch gebundenen Schüttlagen. Bedingt durch die umfangreichen Umbauten und die Kriegsschäden wurden insbesondere<br />
im Landpfeiler sehr unterschiedliche Substanzaufbauten in kurzen Wechseln vorgefunden.<br />
Gemäß Befund ist die Verfüllung vermutlich ursprünglich als Stampfbetonfüllung geplant und ausgeführt worden, wobei die<br />
Mischung teilweise geringe bis deutlich zu geringe Mörtelanteile aufweist. Das Schüttmaterial weist unterschiedliche<br />
Gesteinsvarietäten von Bruchschiefer über Basaltbruchstücke, Quarzkies und andere Gesteine auf, vergleiche Bild 7.<br />
Die Druckfestigkeit prüffähiger tieferliegender Bohrkernabschnitte, ermittelt gemäß DIN 12390-7 [14] und DIN 12390-7 [15], lag<br />
teilweise nur zwischen knapp 10 und 15 N/mm² bei einer Rohdichte (lufttrocken) unter 2,20 kg/dm³, siehe Tabelle A.<br />
Tab. A: Oberwerther Vorlandbrücken, Ergebnisse der Untersuchung an ausgewählten Bohrkernabschnitten<br />
3.2 Mauerwerksbögen<br />
Gegen Ende des 2 Weltkrieges wurden der der mittlere Mauerwerksbogen der Oberwerther Vorlandbrücke, siehe Bild 1, sowie<br />
Mauerwerksbogen der <strong>Horchheimer</strong> Vorlandbrücke, siehe Bild 2, gesprengt Die Untersuchungen an den verbleibenen<br />
Mauerwerksbögen werden im Rahmen dieses Artikels nicht näher behandelt, da hier der Schwerpunkt auf die<br />
Betonuntersuchungen gelegt wurde. Weitere Informationen zu den Befunden sind in [1] dokumentiert<br />
3.3 Betonbögen<br />
Der Betonbogen der <strong>Horchheimer</strong> Vorlandbrücke setzt direkt an den jeweiligen Pfeilern an, während auf der Oberwehrter Seite<br />
noch der gemauerte Kämpferbereich des gesprengten Bogens für den Neuaufbau weitergenutzt wird. Offensichtlich ist zunächst<br />
der Bogen auf einem Lehrgerüst erstellt worden. Darauf wurden die Stirnwände mit Baufuge aufgesetzt.<br />
Der <strong>Horchheimer</strong> Bogen wurde genauer untersucht. Der Bogen wurde offensichtlich im Bauzustand als Dreigelenkbogen<br />
ausgeführt. Die drei Gelenke wurden jeweils im unteren Bogendrittel und im Scheitel ausgeführt. Die Gelenke sind vermutlich als<br />
Schwindgasse gedacht und nach Ausführung der Bogensegmente betoniert worden. An den Betonierfugen treten leckagebedingt<br />
deutliche Sinterfahnen auf, siehe Bild 6.
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Der <strong>Horchheimer</strong> Betonbogen besitzt eine kreuzweise verlegte Bewehrung. An der Bogenunterseite tritt diese Bewehrung<br />
teilweise hervor. Entsprechende Korrosionsschäden sind zu verzeichnen. Abplatzungen und Schäden auf der Bogenunterseite<br />
wurden teilweise verspachtelt und überstrichen, siehe Bild 8.<br />
Bild 8: Bogen der <strong>Horchheimer</strong> Vorlandbrücke, freiliegende Bewehrung, überstrichen und teilweise verspachtelt<br />
Die Stirnmauern wurden nachträglich betoniert. Eine oberflächennahe Anschlussbewehrung zu den Stirnmauern wurde gemäß<br />
Sondierung mit einem Bewehrungssuchgerät nicht gefunden. Zwischen Stirnwand und Bogen ist eine leichte Rissbildung zu<br />
verzeichnen.<br />
Aus den direkten Bögen wurden keine Materialproben genommen. Die im Bereich der Stirnwand entnommen Proben wiesen<br />
Streuungen von 5 bis auf über 46,8 N/mm 2 auf. Ähnliche Streuungen wurden auch im Beton des Randbalkens festgestellt,<br />
vergleiche Tab. B. Dichte Gefügebereiche wechseln mit Bereichen, in denen zahlreiche Verdichtungsporen bis über 5 mm<br />
Durchmesser vorzufinden sind, siehe Bild 9. Die Karbonatisierungstiefe schwankt dementsprechend von gut 10 mm bis zu über<br />
90 mm.<br />
Tab. B: Ergebnisse der Untersuchungen an ausgewählten, aus dem Randbalken der Fußgängerteilbrücken<br />
entnommenen, Bohrkernabschnitten
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Bild 9: Bogen der <strong>Horchheimer</strong> Vorlandbrücke, zwei Betonbohrkerne aus unterschiedlichen Abschnitten der<br />
Stirnwand<br />
Die sehr unterschiedliche Karbonatisierungstiefe, ermittelt in Anlehnung an DIN EN 14 630 [16] korrespondiert naturgemäß mit<br />
der sehr unterschiedlichen Betongüte und Rohdichte der Einzelproben, vergleiche Bild 9. Während eine Karbonatisierungstiefe<br />
von 15 mm für ein ca. 60 Jahre altes, derart bewittertes Bauwerk einen sehr guten Wert darstellt, lässt eine Karbonatisierungstiefe<br />
von 100 mm für ein Stahlbetonbauwerk aus Normalbeton Handlungsbedarf erkennen.<br />
3.4 Fußgängerteilbrücken<br />
3.4.1 Zustand des Betons<br />
Die wesentlichen Schadensbilder bestehen aus:<br />
• Aussinterungen, z. T. große Stalaktiten, an der gesamten Untersicht<br />
• Durchgängige Schäden am Gehwegbelag (starke Ausbrüche und Hohlstelle unter Estrich),<br />
• Freiliegende und angerostete Bewehrung an der Plattenunterseite infolge Betondeckung zwischen ca. 5 bis 10 mm und<br />
randnaher Chloridbelastung<br />
• Großflächige unterseitige Abplatzungen der Plattenunterseite<br />
• horizontale Trennrisse in Betongehwegplatte, siehe Bild 10<br />
• Dehnfuge in der Betonplatte offenliegend ohne Abdeckung; Randabplatzungen im Beton am Rand der Fuge<br />
• Zum Teil kräftige Ausbrüche im Beton im Bereich der Geländerpfosten<br />
• teilweise erhebliche Feuchteschäden am Kragarm, Rissbildungen, Betonstahlkorrosion und Substanzverlust<br />
• weitgehend abgängiger Lastverteilungsbalken, vergleiche Bild 4<br />
Bild 10: Beton Gehwegplatte in vorgefundener Reststärke mit Horizontalrissbildung (Aufschieferung)<br />
An der Oberfläche der Stirnwände sind Chloridgehalte bis etwa 0,2 M.-% vorzufinden. Chloridanreicherungen an Störstellen und<br />
wasserführenden Rissen oder Betonierfugen waren jedoch festzustellen. Es war eine klare Abhängigkeit vom Streumitteleinsatz<br />
auf den Gehwegen erkennbar, vergleiche Tab. C.
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Tab. C: Chloridgehalte aus verschiedenen Entnahmestellen im Randbalken<br />
3.4.2 Zustand der Bewehrung<br />
Als Stabstahl der Längsbewehrung der Kragarme wurde schwarz gewalzter unprofilierter Rundstahl verwendet. Die<br />
Längsbewehrung ist mit einem Endhaken versehen. Die obere Zugbewehrung besteht aus 7 Stabstählen, die aufgefächert in den<br />
Randbalken einbinden, vergleiche Bild 11. Planmäßig ist ein 16 mm Durchmesser vorgesehen, vereinzelt wurden auch Stabstähle<br />
mit 18 mm vorgefunden. Die Druckzone des Kragarms ist mit Bewehrungsstäben von 12 mm bzw. 8 mm Durchmesser bewehrt<br />
(in Bild 11 bereits gekürzt). Der Abstand der Bügelbewehrung mit Durchmesser 8 mm betrug ca. 30 cm. Gemäß Befund wurde<br />
der Stabstahl vor dem Betonieren ggf. mit einer Kalkmilch oder Ähnlichem vorbehandelt.<br />
Die Betonüberdeckung, sowohl der Bügel- als auch der Längsbewehrung, war teilweise rissig oder sogar abgängig. Die<br />
Längsbewehrung ist mit einer seitlichen Überdeckung von mindestens 2 – 3 cm im Bereich des Anschnittes im alkalischen Milieu.<br />
Bild 11: Kragarmbewehrung nach Freilegung<br />
Die festgestellte Korrosion ist nicht nur durch eine Aufhebung der Passivierung verursacht, sondern wesentlich durch die<br />
festgestellten Chloride, vergleiche Tab. C, und häufigen Kontakt mit (fließendem) Wasser. Aufgrund des unbekannten
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Salzgehaltes potentieller Salzdepots im Konstruktionsaufbau, kann somit, selbst wenn keine Streumittel mehr eingesetzt werden,<br />
auch für die Zukunft eine schadensauslösende Salzanreicherung im Bereich der Kragarmbewehrung nicht mit absoluter<br />
Sicherheit ausgeschlossen werden.<br />
Nach Abnahme der Geländer konnte auch die Bewehrung im Einbindungsbereich der Geländer freigelegt werden. Im direkten<br />
Einbindungsbereich waren an einigen Konsolenstümpfen teilweise schwere Korrosionsschäden in Form von Lochfraß zu<br />
verzeichnen, vergleiche Bild 12.<br />
Bild 12: Detail der Kragarmbewehrung mit punktuellem Lochfraß<br />
Die Stähle wiesen augenscheinlich eine gewisse Sprödigkeit und/oder gewisse Auffälligkeiten im Gefügeaufbau auf. So brachen<br />
in Einzelfällen die Stabstähle bei händischen Biegeversuchen im Schadensbereich komplett durch.<br />
Die in der Folge untersuchten ungeschliffenen Längsschliffe zeigten, dass die Stähle vergleichsweise geringe Reinheitsgrade und<br />
nichtmetallische Einschlüsse aufwiesen. Das Gefüge weist deutliche querschnittsabhängige Inhomogenitäten auf, zeilenförmig<br />
angeordnete Sulfide und Oxide waren auf den Kernbereich konzentriert.<br />
Die Untersuchungen an den geschliffenen Querschliffen zeigten, dass die Stähle im Randbereich ein überwiegend ferritisches,<br />
perlitarmes Gefüge aufwiesen und im Kern ein höherer Perlitanteil erkennbar war.<br />
In den untersuchten Proben wurden im Vergleich zur Spezifikation, gemäß DIN 488-1 [17], teilweise erhöhte Posphor- und<br />
Schwefelgehalte festgestellt.<br />
Bei den Zugversuchen gemäß DIN ISO 15630 [18] wurden<br />
• Zugfestigkeiten zwischen 317 und 367 MPa,<br />
• Streckgrenzen zwischen 226 und 278 MPa und<br />
• Bruchdehnungen zwischen 30 und 34 %<br />
erzielt.<br />
Bei den Faltversuchen nach DIN 488 [18] wurde bei allen 5 untersuchten Baustählen ein Winkel von 180° ohne Bruch erreicht.<br />
Die Ergebnisse der Kerbschlagbiegeversuche nach DIN EN 10045-1 [19] wiesen eine erhebliche Spreizung auf. Es wurden<br />
Kerbschlagarbeiten im Streubereich von 11-177 J ermittelt. Ein untersuchter Stahl unterschritt mit Werten von 11 J den Sollwert,<br />
gemäß DIN EN 10045-1 von 27 J (bei 20° C) erheblich .<br />
Gemäß den Untersuchungen liegen unlegierte Stähle vor, die mit gewissen Einschränkungen der DIN 488-1, Ausgabe 1986 [17],<br />
entsprechen. Allerdings wurde in einigen der untersuchten Stähle der normative Grenzwert für den Phosphor- und/oder<br />
Schwefelgehalt überschritten. Aufgrund der Überschreitung der Phosphor- und Schwefelgehalte war gemäß Einschätzung der<br />
MPA Darmstadt eine Schweißeignung mehrerer der untersuchten Stähle nicht gegeben.<br />
Die hohen Phosphor- und Schwefelgehalte wirken sich auch negativ auf das Alterungsverhalten und die Sprödbruchgefahr bei<br />
unlegierten Stählen aus. Kritisch für den Anwendungsfall <strong>Brücke</strong>nbau ist daher die festgestellte singuläre Unterschreitung der<br />
Kerbschlagarbeit zu sehen. Die Kerbschlagarbeit ist als Hinweis auf die Veränderung der Zähigkeiten bei unterschiedlichen<br />
Temperaturen zu werten.<br />
Gemäß Untersuchungsbefund liegt somit keine generelle Schweißeignung vor, gleichzeitig gibt es Hinweise auf eine mangelnde<br />
Zähigkeit und alterungsbedingte Zunahme der Sprödbruchgefahr für zumindest einige der Stabstähle. Pläne, die Neukonstruktion<br />
an den Altstählen mittels Schweiß- oder Muffenverbindung anzuschließen, mussten fallengelassen werden, vergleiche Abschn. 4.
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4 Neubau Fußgängerteilbrücke Oberwerth oberstromig<br />
Die Altkonstruktion der betreffenden Fußgängerteilbrücke wies einen derart schlechten Zustand auf, siehe Bild 4, dass eine<br />
Betoninstandsetzung als zumindest völlig unwirtschaftlich angesehen werden musste. Bedingt durch den schlechten baulichen<br />
Zustand und den statischen Schwierigkeiten beim Lastabtrag ist ein Teilabbruch vorgesehen worden. Aufgrund der besonderen<br />
Umstände:<br />
• Hauptbrücke (Eigentümer Deutsche Bundesbahn) nicht im Eigentum des Bauherrn (Stadt Koblenz)<br />
• laufender Bahnbetrieb (Genehmigungs- und Abstimmungsverfahren mit der DB Netz AG, ggf. zusätzliche<br />
Betriebserschwerniskosten am anliegenden Gleis)<br />
• zusätzliche Versorgungsleitungen auf der Gehwegplatte (Wasserleitung DN 300 des örtlichen Versorgungsträgers,<br />
Kabelkanal der DB)<br />
wurde nach einer Lösung gesucht, die es ermöglichte die gleisnahen Teile des Altbestandes weiter zu nutzen.<br />
Folgerichtig wurde eine Konstruktion geplant, die den Abbruch der Stahlbetongehwegplatte, des wasserseitigen<br />
Randlängsbalkens und eines Teils der Konsole nur bis zum Rand der vorhandenen Wasserleitung vorsah. Somit wurden Kosten<br />
für den Umbau der Versorgungsleitungen sowie deutliche Betriebserschwerniskosten am anliegenden Gleis vermieden, da alle<br />
Arbeiten hinter einer gleisseitigen Absperrung auf einem für die Bauarbeiten installiertem Arbeitsgerüst erfolgen konnten, siehe<br />
Bild 13.<br />
Bild 13: Abgetrennte und beigearbeitete Gehwegplatte, freigelegte Kragarmbewehrung<br />
Die Bewehrungsanschlüsse der Konsolen in die Wände mussten bei dieser Planungsvariante weiter als tragendes<br />
Anschlussbauteil genutzt werden. Die neue Verbreiterung des Gehweges ist aus Gewichtsgründen mit einer leichten Konstruktion<br />
aus Stahl und Holzbelag ausgeführt worden, damit die neuen Lasten nicht die Lasten im Bestand übersteigen.<br />
Die erhöhte Lasteinleitung der Zugkräfte aus der Verbreiterung sollte gemäß Planung über eine Verlängerung der<br />
Konsollängsbewehrung erfolgen. Zunächst war man aufgrund punktueller Kontrollen (Freistemmen an der Konsolenoberseite)<br />
davon ausgegangen, dass die Bewehrung noch intakt sei. Auf der sicheren Seite liegend, sollten nur 4 der 7 vorhandenen<br />
Längseisen mit aufgedrehtem Gewinde verlängert werden. Diese Lösung hätte den Vorteil gehabt, dass die Bestandseisen nur<br />
auf geringer Länge hätten freigelegt werden müssen.<br />
Der vorgefundene Stabstahl wich gemäß den durchgeführten Untersuchungen, vergleiche Abschn. 4.4,2 stark von einem heute<br />
handelsüblichen Baustahl ab. Aufgrund der starken Streuung der Materialeigenschaften, der mangelnden Schweißeignung sowie<br />
der Tendenz zur Versprödung einiger untersuchter Proben wurde von der ursprünglich vorgesehenen Befestigungskonstruktion<br />
abgesehen.<br />
Da gemäß Untersuchungsbefund keine generelle Schweißeignung vorliegt und gleichzeitig Hinweise auf eine mangelnde<br />
Zähigkeit und alterungsbedingte Zunahme der Sprödbruchgefahr für zumindest einige der Stabstähle bestehen, wurden die<br />
Pläne, die Neukonstruktion an den Altstählen mittels Schweiß- oder Muffenverbindung anzuschließen, fallen gelassen. Daraufhin
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wurde die Lasteinleitung aus der neuen Stahlkonstruktion über Schubnocken statisch nachgewiesen und baulich umgesetzt.<br />
Durch die gewählte Konstruktion, vergleiche Bilder 14 und 15, wurde die kritische Direktanbindung an den Stabstahl vermieden.<br />
Die Verankerung der Altbewehrung im Gleisbett konnte nicht untersucht werden. Grundsätzlich bedarf die Konstruktion daher<br />
auch zukünftig einer regelmäßigen Überprüfung und Wartung.<br />
Die Lasteinleitung der Schubkräfte aus der Verbreiterung in den verbleibenden Beton am oberen Kopfpunkt erfolgt über eine<br />
kurze Schubnocke aus HEB 100, die an einer Kopfplatte am Ende jedes U-Profils angeordnet wird. Die Schubnocke wurde in eine<br />
Kernbohrung, DU = 18 cm, die in der Schildwand herzustellen war, gesetzt und verpresst. Die konservativ angegebenen<br />
zulässigen Druckspannungen von 5 N/mm² für den Beton der Schildwand wurden dabei nicht überschritten.<br />
Jede Stahlkonsole besteht aus 2 U-Profilen U 160, die mit den Stegen seitlich am verbleibenden Beton des verbleibenden<br />
Konsolteils anliegen. Die Konsole wird mit einer Diagonalstrebe 100/100/4 mm unterstützt, die in der Schildmauer (Mauerwerk<br />
bzw. Beton) rückgeankert wird. Am Fußpunkt der Diagonalen sind 2 Zugstangen DU = 20 mm mit Spannschlössern vorgesehen,<br />
die den Vertikallastanteil zur Stahlkonsole hoch leiten. Dies bewirkt, dass die Vertikallast am Fußpunkt der Diagonalen minimiert<br />
wird, um speziell über dem Bogenscheitel Risse zu verhindern. Somit wirken die neuen Bauteile insgesamt als Fachwerkmodell,<br />
insbesondere im Regellastfall mit vertikalen Verkehrslasten, als auch bei Unterwind, siehe Bild 14 und 15.<br />
Bild 14: Gehwegplatte oberstromig Oberwerth, Aufbau vor und nach Sanierung<br />
Bild 15: Ausbildung Anschluss neue Konsole oberstrom Oberwerth
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Instandsetzung angehängter <strong>Brücke</strong>nkonstruktionen; H. <strong>Tebbe</strong><br />
Der untere Fußpunkt der Diagonalen wurde über 2 GEWI-Anker, DU = 16 mm, Zuglast 5 KN, im Bestand verankert. Die GEWI-<br />
Stäbe wurden 1,0 m lang in das Mauerwerk bzw. in den Beton gesetzt. Es wurde jeder Anker vor Ort auf die 1,5-fache Last<br />
geprüft, da unbekannte Risse oder Hohlräume anstehen konnten. Auf die Gewindestangen wurde dann die Kopfplatte der<br />
Diagonalabsteifung verschraubt.<br />
Die gesamte Stahlkonstruktion wurde gemäß ZTV-ING bzw. ZTV-KOR-Stahlbauten mit einem mehrlagigen Schutzanstrich<br />
versehen. Ein Farbanstrich der obersten Deckbeschichtung in DB 902 wurde vorgesehen, da die Beton- und Mauerwerksflächen<br />
in ähnlichem Farbton vorhanden sind. Zusätzlich musste die neue Stahlkonstruktion gemäß den DB-Vorschriften geerdet werden.<br />
5 Instandsetzung Fußgängerteilbrücke Horchheim oberstromig<br />
5.1 Planungskonzept<br />
Nach Sperrung der oberstromigen Fußgängerteilbrücke auf der <strong>Horchheimer</strong> Seite im Januar 2009 wurde schnellstens nach einer<br />
Möglichkeit gesucht die <strong>Brücke</strong> wieder für den Fuß- und Randverkehr nutzbar zu machen. Es wurde schließlich beschlossen die<br />
bestehenden <strong>Brücke</strong>npfeiler zu nutzen und zwischen diese <strong>Brücke</strong>npfeiler eigenständige selbst tragende Teilbrücken als<br />
Einfeldbalken zu montieren.<br />
Das schließlich zur Ausführung gelangte Konzept sah drei Teilbrücken vor, vergleiche Bild 16. Die Teilbrücke mit der größten<br />
Spannweite (35 m bei 20 t Konstruktionsgewicht) überbrückt den Bogen der Vorlandbrücke. Aufgrund der großen Spannweite ist<br />
er als Parallelfachwerk mit oben liegendem Druckgurt ausgeführt. Die beiden anderen Teilbrücken, die die ehemalige<br />
Straßenbahnunterführung und die linksrheinische rheinbegleitende DB-Strecke überbrücken, sind als tragende Fahrbahnplatte<br />
ausgeführt. Die Platte besteht aus umlaufenden Stahlprofilen mit fest verbundener Stahlplatte als Fahrbahnfläche. Die<br />
Spannweite beträgt jeweils ca. 10 m bei 3,5 t Konstruktionsgewicht. Das mit Beton gemäß DIN EN 206-T1 [20] bzw.1045-T2 [21]<br />
hergestellte Zwischenauflager dieser beiden Teilbrücken musste ebenfalls neu geschaffen werden. Da die <strong>Brücke</strong>n auf<br />
Linienauflagern in der Höhe der ehemaligen Laufzone aufgelagert sind, schließen sich rechts und links der Konstruktion zwei<br />
Rampen zum Höhenausgleich an.<br />
Die Breite der <strong>Brücke</strong> wurde so gewählt, dass im Bereich der Bahnunterführung das alte Außengeländer bestehen bleiben<br />
konnte. So konnte eine separate Sicherung dieses Bereiches für den Zeitraum der Vormontagen entfallen.<br />
Bild 16: Isometrie der 3 Teilbrücken mit zusätzlich notwendiger Stahlstütze, montierte <strong>Brücke</strong> vergleiche Bild 2<br />
5.2 Montage<br />
Die vormontierte Zwischenstütze direkt neben der Bahnstrecke wurde in den vorbetonierten Einzelfundamenten innerhalb einer<br />
Sperrpause montiert. Danach erfolgten der Abbruch des Außengeländers im Bereich der Bogenbrücke und die Montage der<br />
Linienauflager. Der Stellplatz für den Mobilkran wurde überprüft und verfestigt.<br />
Die drei <strong>Brücke</strong>nteile sollten dann in einer nächtlichen Sperrpause in ihre endgültige Lage eingehoben werden. Allerdings war die<br />
Zugänglichkeit sehr beschränkt. Der Leinpfad ist für einen Kran mit der notwendigen Hubhöhe (ca. 25 m) und Tragkraft (20 t) nicht<br />
zugänglich. Der nächstmögliche Standplatz lag landseitig der DB Gleise (rechter Bildrand Bild 2). Dies bedingte eine<br />
Kranreichweite von 60 m bei einer Hubhöhe von 25 m. In dieser Leistungsklasse war in Deutschland lediglich ein Mobilkran<br />
verfügbar.<br />
Eine Montage der ausladenden Bauteile, vergleiche Bild 17, war nur bei weitgehender Windstille möglich. Es wurden daher zwei<br />
Sperrpausen vereinbart. In diesen Zeiträumen wurde der Verkehr auf der stark vom Güterverkehr frequentierten<br />
rheinbegleitenden Bahnstrecke komplett gesperrt. Auf der <strong>Horchheimer</strong> <strong>Brücke</strong> wurde lediglich das oberstromige Gleis gesperrt,<br />
auf der unterstromigen Seite lief der Verkehr während des Einhebens weiter.<br />
Die Sperrpausen wurden jeweils in die verkehrsärmste Zeit (Nacht von Sonntag auf Montag) gelegt. Je Montagenacht standen<br />
zwei Zeitfenster zur Verfügung, zu denen jeweils auch die betreffenden Oberleitungen abgeschaltet und gesichert werden
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Instandsetzung angehängter <strong>Brücke</strong>nkonstruktionen; H. <strong>Tebbe</strong><br />
mussten. Das Einheben aller drei <strong>Brücke</strong>nteile konnte am ersten möglichen Montagetag in der ersten Sperrpause, die etwa von<br />
22 00 -24 00 angesetzt war, unter reger Publikums- und Pressebeteiligung komplett ausgeführt werden.<br />
Bild 17: Einheben des Parallelfachwerkes, vergleiche Bild 16<br />
6 Ausblick auf weitere Baumaßnahmen<br />
Die Instandsetzung der oberstromigen <strong>Horchheimer</strong> Vorlandbrücke musste aus verschiedenen Gründen provisorisch bleiben. So<br />
wird von der DB Netz AG die Erneuerung der <strong>Brücke</strong>nrampe für die Zukunft geplant, so dass ein endgültiger Neubau die<br />
Planungsfreiheit eingeschränkt hätte. Auch die Genehmigungsverfahren und die Sicherstellung der Finanzierungsmöglichkeiten<br />
hätten bei einer völligen Neukonstruktion wesentlich länger gedauert als das jetzt benötigte Zeitfenster von 6 Monaten zwischen<br />
Sperrung und Wiedereröffnung.<br />
Wird der oberstromige Geh- und Radweg wegen der Umbauten gesperrt, könnten die drei Teilbrücken genutzt werden um ohne<br />
großen Aufwand die unterstromige Vorlandbrücke Horchheim in gleicher Weise zu überbrücken. Zurzeit werden entsprechende<br />
Machbarkeitsstudien durchgeführt, die die Möglichkeit und Kosten der Wiederherstellung der unterstromigen Geh- und Radwege<br />
weiter erkunden sollen.<br />
7 Quellennachweise<br />
[1] <strong>Tebbe</strong>, H., Lietz, S., Brühl, M., Tataranni, F., Schwarz, P.; Instandsetzung der oberstromigen Fußgängerüberwege an der<br />
<strong>Horchheimer</strong> <strong>Brücke</strong> - Untersuchungen an Mauerwerkspfeilern einer Bogenbrücke; in Mauerwerkskalender 35 (2010),<br />
S. 103 – S. 139, Ernst & Sohn Verlag, Berlin 2010<br />
[2] Scharf; H.-W.: Eisenbahnbrücken in Deutschland; Eisenbahn-Kurier Verlag, Freiburg im Breisgau 2003<br />
[3] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, DAfStb (Hrsg.): Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen, Teil 1 - 4<br />
[4] Bundesanstalt für Straßenwesen, BAST (Hrsg.):Zusätzliche technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für<br />
<strong>Ing</strong>enieurbauten (ZTV ING), Stand 04.2010, Verkehrsblatt Verlag, Dortmund<br />
[5] DIN Fachbericht 101 Einwirkungen auf <strong>Brücke</strong>n Ausgabe 03.2009 Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, DAfStb (Hrsg.):<br />
Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen, Teil 1 -4<br />
[6] DIN Fachbericht 102 Betonbrücken Ausgabe 03.2009
Seite 14 von 14<br />
Instandsetzung angehängter <strong>Brücke</strong>nkonstruktionen; H. <strong>Tebbe</strong><br />
[7] DIN 1045, Ausgabe 11-1959, Bauwerke aus Stahlbeton; Beuth Verlag Berlin und Köln<br />
[8] Frank Fingerloos (Hrsg.): Historische Regelwerke für den Beton-, Stahlbeton- und Spannbetonbau, Bemessung und<br />
Ausführung; Ernst & Sohn Verlag, Berlin 2009<br />
[9] Prospe, D.; Sicherheitsbeurteilung hostorischer Mauerwerksbrücken, in Mauerwerkskalender 34 (2009), S. 537 – S. 574,<br />
Ernst & Sohn Verlag, Berlin 2009<br />
[10] DIN 1053-1, Ausgabe 11-1996, Mauerwerk - Teil 1: Berechnung und Ausführung; Beuth Verlag Berlin, Wien, Zürich<br />
[11] DIN EN 998-2, Ausgabe 09-2003, Festlegungen für Mörtel im Mauerwerksbau - Teil 2: Mauermörtel; Beuth Verlag Berlin,<br />
Wien, Zürich<br />
[12] DIN 1076, Ausgabe 11-1999, <strong>Ing</strong>enieurbauwerke im Zuge von Straßen und Wegen - Überwachung und Prüfung; Beuth<br />
Verlag Berlin, Wien, Zürich<br />
[13] Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen der Bundesrepublik Deutschland: RI-EBW-PRÜF – Richtlinie<br />
zur einheitlichen Erfassung, Bewertung, Aufzeichnung und Auswertung von Ergebnissen der Bauwerksprüfungen nach DIN<br />
1076; Ausgabe 1999, Verkehrsblatt-Verlag<br />
[14] DIN EN 12390-7, Ausgabe 07-2009, Prüfung von Festbeton - Teil 7: Dichte von Festbeton; Beuth Verlag Berlin, Wien,<br />
Zürich<br />
[15] DIN EN 12390-3, Ausgabe 07-2008, Prüfung von Festbeton - Teil 7: Dichte von Festbeton; Beuth Verlag Berlin, Wien,<br />
Zürich<br />
[16] DIN EN 14630, Ausgabe 01-2007, Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken -<br />
Prüfverfahren - Bestimmung der Karbonatisierungstiefe im Festbeton mit der Phenolphthalein-Prüfung; Beuth Verlag Berlin,<br />
Wien, Zürich<br />
[17] DIN EN 488, Ausgabe 08-2009, Betonstahl - Teil 1: Stahlsorten, Eigenschaften, Kennzeichnung; Beuth Verlag Berlin, Wien,<br />
Zürich<br />
[18] DIN EN ISO 15630, Ausgabe 09-2002, Stähle für die Bewehrung und das Vorspannen von Beton - Prüfverfahren - Teil 1:<br />
Bewehrungsstäbe, -walzdraht und –draht; Beuth Verlag Berlin, Wien, Zürich<br />
[19] DIN EN 10045-1, Ausgabe 04-1991, Metallische Werkstoffe; Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy; Teil 1: Prüfverfahren;<br />
Beuth Verlag Berlin, Wien, Zürich DIN 12390-3 Ausgabe 02-2001, Prüfung von Festbeton - Teil 1: Form, Maße und andere<br />
Anforderungen für Probekörper und Formen; Beuth Verlag Berlin, Wien, Zürich<br />
[20] DIN EN 206-1, Ausgabe 07-2001, Beton - Teil 1: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität; Beuth Verlag<br />
Berlin, Wien, Zürich<br />
[21] DIN 1045-2, Ausgabe 2008-08 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton Teil 2: Beton; Festlegung, Eigenschaften<br />
Herstellung und Konformität