DIAMANT The Metalplastic Company Logo
DIAMANT Shop Cart

KONTAKT
Zentrale: +49 (0) 2166 9836 - 0
Technik: +49 (0) 2166 9836 - 69
Mo.-Fr.: 8-16 Uhr

Anwenderbericht “Zeitoptimierter Brückenbau in geografischen Risikozonen”

Anwenderbericht “Zeitoptimierter Brückenbau in geografischen Risikozonen”

9. August 2017

Zeitoptimierter Brückenbau in geografischen Risikozonen

Metall-Polymer sorgt für kraftschlüssige Stabilität

 

Eine Rekordbrücke in einem Erdbebengebiet bauen? Ein äußerst riskantes Unterfangen. Schließlich sind in der Vergangenheit schon mehrfach Brücken sämtlicher Größenordnungen beschädigt worden oder gar eingestürzt, wenn die Welt ins Wanken geriet. Auch in der Türkei. Trotzdem entstand genau dort mit der Osman-Gazi-Brücke jetzt die viertgrößte Hängebrücke der Welt – mitten in einer der aktivsten Erdbebenzonen des Landes.  Eines der tragenden Elemente: der sichere Einbau der Brückenlager an der Vorlandbrücke. Für die nötige hundertprozentig kraftschlüssige Verbindung der Lager mit den weiteren Brückenbauteilen sorgte das Metallpolymer MM1018.

 

45 Sekunden reichten am 17. August 1999 einem Beben der Stärke 7,8, um weite Landstriche um sein Epizentrum unter der türkischen Stadt Izmit, verheerend zu erschüttern. Das knapp 300.000 Einwohner zählende Izmit liegt rund 100 Kilometer südöstlich von Istanbul am äußersten Bogen des Marmarameers – und damit in einer geologisch höchst aktiven Region.

 

Die Nordanatolische Verwerfung – die Erdbebenader, die auch für das heftige Beben von 1999 verantwortlich war – verläuft durch den Golf von Izmit. Die 900 km lange Nordanatolische Verwerfungszone ist eine Transformstörung, die die Anatolische Platte nach Norden gegen die Eurasische Platte begrenzt. Sie erstreckt sich durch den Norden der Türkei und das Marmarameer bis nach Griechenland. Entlang ihres Verlaufs kommt es immer wieder zu Erdbeben. Da die Herde dieser Beben oft nur in geringer Tiefe liegen, sind sie zwar lokal enger begrenzt, aber außerordentlich heftig.

 

Trotzdem sollte genau hier als schnelle Verbindung von Istanbul nach Izmir die viertgrößte Hängebrücke der Welt entstehen – die Osman-Gazi-Brücke. Eine extreme Herausforderung sowohl für Statiker, Architekten und Bauausführende als auch für das Material.

 

Die Formschlüssigkeit der Bauteile war ein zentraler Aspekt des Sicherheitskonzepts. Bei einer Brücke dieser Größenordnung ist Letzteres allerdings eine außerordentlich schwer zu erfüllende Vorgabe.

 

Die sechsspurige Brücke hat eine Länge von knapp 2700 Metern und ist 36 Meter breit. Bei einer Höhe von 234 Metern erreicht sie eine Spannbreite von über eineinhalb Kilometer. Insgesamt beliefen sich die Projektkosten auf rund acht Milliarden Euro.

 

Brückenbau im Taktschiebeverfahren

 

Besondere Herausforderung beim Bau der Osman-Gazi-Brücke: Sie musste größtenteils über der Wasseroberfläche gebaut werden. Deshalb wurde zur Errichtung das Taktschiebeverfahren ausgewählt.

 

Dabei erfolgt der Bau des zusammenhängenden Überbaus der Vorlandbrücke abschnittsweise  hinter einem Widerlager in einer Fertigungsstätte vor Ort, die auch als „Taktkeller“ bezeichnet wird. Nach der Fertigstellung eines Brückenabschnitts wird dieser zusammen mit den zuvor hergestellten Abschnitten über den Pfeilern verschoben. Dazu wird am vordersten Teilstück ein stählerner Vorbauschnabel befestigt.

 

Das Bauverfahren erfordert kein Lehrgerüst, dafür jedoch zusätzliche Gründungen für den Taktkeller und eventuelle Hilfsstützen.

 

Zwischen den Pfeilern und der eigentlichen Brücke befinden sich die speziellen erdbebensicheren Elastomerlager des Unternehmens mageba, einer weltweit aktiven Herstellerin von Brückenlagern, Fahrbahnübergängen sowie Systemen für Erdbebenschutz und Bauwerksüberwachung. Die Elastomerlager sind alterungsbeständig und widerstandsfähig gegen Umwelt- und Witterungseinflüsse, wie Ozon und UV-Strahlen. Die einvulkanisierten Bewehrungseinlagen aus hochfestem Stahlblech sind komplett mit Elastomer umschlossen, was absoluten Korrosionsschutz und völlige Wartungsfreiheit bietet. Für die zusätzliche Erdbebensicherheit befindet sich in der Mitte der Lager für die Osman-Gazi-Brücke ein Bleikern.

 

So bleibt die Brücke elastisch und kann bei einem Erdbeben leicht mitschwingen, ohne dass sie beschädigt wird.

 

Die Basis einer erdbebensicheren Brücke

 

Zentrale Voraussetzung für eine erdbebensichere Brücke ist es, ihre Lager hundertprozentig formschlüssig an den Ober- und Unterbau der Brücke zu befestigen und dabei einen ebenso hundertprozentig kraftschlüssigen Spaltausgleich zu gewährleisten.

 

Der deutsche Hersteller von Metallpolymeren Diamant Metallplastic GmbH mit Sitz im rheinischen Mönchengladbach beschäftigt sich mit dieser speziellen Thematik im Stahl- und Brückenbau. Geschäftsführer Carsten Kunde weiß um die Problematik des Taktschiebeverfahrens in Bezug auf den kraftschlüssigen Spaltausgleich: „Beim Taktschiebeverfahren entstehen besonders ausgeprägte Fertigungstoleranzen, da die Brückenabschnitte eben nicht vorgefertigt, sondern vor Ort gebaut werden. Das ist ein bekanntes Phänomen und es gibt unterschiedliche Methoden, wie man dennoch einen Anschluss herstellt.“

 

„Normalerweise arbeitet man unter der Brücke und bearbeitet sie an den entsprechenden Stellen mit einer riesigen Fräsmaschine. Aber das Fräsen ist extrem aufwändige Lösung, die enorm viel Zeit und Geld kostet. Zudem beansprucht das Fräsverfahren viel Raum. Im Fall der Osman-Gazi-Brücke war der Einsatz einer Fräsmaschine durch die Platzverhältnisse und das gewählte Bauverfahren sogar unmöglich“, erklärt Niklas Schuler, Techniker und Produktmanager bei Diamant Metallplastic.

 

Bei einem weiteren gängigen Verfahren zum Spaltausgleich arbeitet man mit Keilplatten oder Futterblechen. Allerdings hat man auch dabei mit zahlreichen Nachteilen zu kämpfen. So gelingt trotz hohen Zeit- und Maschinenaufwands sowie aufwändiger Anpassung praktisch nie eine vollständig formschlüssige Auflage. Und somit auch kein hundertprozentiger Kraftschluss. Die Folgen bei einem Erdbeben mit einer Stärke von über 7 wären fatal.

 

Nicht komplett formschlüssig verschlossene Spalte bergen zudem die Gefahr fortschreitender Korrosion. Ein Risiko, das sich beim Einsatz von Keilplatten nochmals verschärft, da ihr Einbringen bereits vorhandenen Korrosionsschutz beschädigen kann. Zudem besteht die nicht unerhebliche Gefahr einer Kontaktkorrosion, falls unterschiedliche Metalltypen für Keil- und Kopfplatten – in dem Fall der Osman-Gazi-Brücke die Lager – verwendet werden. Ausnahmslos Aspekte, die gerade im Brückenbau von besonderer Bedeutung sind.

 

Die Lösung für 100 Prozent Kraftschluss

 

Das Unternehmen mageba wusste aus vorherigen erfolgreichen Projekten, wer das Problem des Spaltausgleichs ohne die genannten Nachteile lösen konnte: Diamant Metallplastic mit seinem Werkstoff MM1018, einem Metallpolymer speziell für den Spaltausgleich im Stahl- und Brückenbau.

 

Das Zweikomponenten-Reaktionsharzsystem mit hoch festen Metallfüllstoffen eröffnet die Möglichkeit, Toleranzen zwischen Stahlelementen an Ort und Stelle auszugleichen. Dabei wird eine hoch druckfeste, hundertprozentig kraftschlüssige und kriechfeste Verbindung zwischen den Stahlkomponenten geschaffen. Ein weiterer Vorteil: Dank der ausgesprochen schnellen Aushärtung wird enorm viel Zeit gespart.

 

Für das Unternehmen mageba und die Projektverantwortlichen stellte MM1018 somit die ideale Lösung dar, die notwendige erdbebensichere Präzision an den Lagern der Osman-Gazi-Brücke zu erzielen.

 

MM1018 ist der derzeit einzige Werkstoff seiner Art mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung des DIBt und bietet neben den bisher genannten Eigenschaften noch einige mehr, um weitere Sicherheitsanforderungen abzudecken:

 

  • Beständig gegen Benzine, Öle, Kühlmittel, Laugen, Säuren
  • Witterungsbeständig
  • Korrosionsbeständig
  • Elektrisch nicht leitend
  • Keine mechanische Anpassung nötig
  • Ohne besondere Vorbereitungsarbeiten und Hilfsmittel anwendbar
  • Applikation direkt vor Ort

 

Applikationsvarianten

 

Der Werkstoff kann pastös sowie flüssig gespachtelt oder injiziert werden. Beide Varianten bieten den vollständigen Spaltverschluss ohne jede mechanische Vorarbeit an den Stahlkomponenten, unterscheiden sich allerdings grundlegend in der Anwendung. Das eröffnet die Möglichkeit, flexibel auf bauseitige Bedingungen einzugehen.

 

Im Fall des Türkei-Projekts wurde für den Anschluss der Brückenlager an den Ober- und Unterbau der Brücke die flüssige Variante von MM1018 gewählt. Durch die honigartige Konsistenz konnte das Material über Injektionsöffnungen problemlos in die Zwischenräume gepresst werden und diese lückenlos und zu 100 Prozent kraftschlüssig verschließen. Die dabei aus dem Spalt verdrängte Luft konnte über Entlüftungsöffnungen entweichen.

 

Auch das flüssige Material ist – wie die pastöse Variante – bei entsprechender Umgebungstemperatur innerhalb von 24 Stunden ausgehärtet.

 

Kriechen: ein kritischer Faktor

 

Das Kriechen, also die zunehmende Stauchung beziehungsweise „Wanderung“ unter konstanter Belastung ist besonders bei vorgespannten Verbindungen ein kritischer Faktor. Vor allem bei einer Brücke, wie der Osman-Gazi-Brücke, die täglich der enormen Belastung durch ein hohes Verkehrsaufkommen standhalten muss, elastisch bleiben soll und zudem permanent der Gefahr von Erdbeben ausgesetzt ist.

 

MM1018 hat einen niedrigen Kriechkoeffizient (1,1 nach 182 Tagen) und punktet zusätzlich mit einer sehr geringen Schwindung (0,035% nach 217 Tagen).

 

Noch ein Vorteil: seewasserfest

 

Das von der Osman-Gazi-Brücke überspannte Marmarameer ist ein Binnenmeer des Mittelmeers. Über Bosporus und Dardanellen verbindet es das Schwarze Meer mit der Ägäis. Salzarmes Wasser strömt an der Oberfläche aus dem Schwarzen Meer durch das Marmarameer in das Mittelmeer. Auch wenn es die Konstrukteure also nicht mit Hochseebedingungen zu tun hatten, so überzeugte doch auch ein weiterer Vorteil von MM1018: seine Seewasserfestigkeit.

 

Nicht zuletzt deshalb entdeckt neben dem Brückenbau zunehmend auch der Stahwasserbau diesen Werkstoff für sich. So wurden beispielsweise bereits die Untertormasken der Schleusen Strullendorf, Hausen, Nürnberg, Bamberg, Leerstetten, Eckersmühlen und Hilpoltsheim in Deutschland mit MM1018 saniert. Der Werkstoff MM1018 bot dort einen neuen Weg, schnell, kraftschlüssig und korrosionsbeständig zu sanieren.

 

Ob zu Lande, im oder über Wasser: Das innovative Metallpolymer des Mönchengladbacher Spezialanbieters ist Wegbereiter für außerordentliche Vorhaben. Die Osman-Gazi-Brücke konnte am 1. Juli 2016 nach ungefähr drei Jahren Bauzeit eröffnet werden und gilt bereits jetzt als Musterbeispiel für erdbebensichere Brückenarchitektur.

 

      

 

 

 

 

 

Erschienen in der Stahlbau 86 (2017), Heft 8

 

Vorschau: Veröffentlichung in der Stahlbau 86 (2017), Heft 8

 


Anwenderbericht als Word Dokument

Anwenderbericht als PDF Dokument