Nach ähnlichen Inhalten stöbern

Zustandsuntersuchung einer Strassenunterführung

Cornel Schmid

Titel

Zustandsuntersuchung einer Strassenunterführung

Autor/in

Datierung

07.06.2024

Beschreibung

Das Bauwerk Unterführung (UNF) Z 04 Sandstrasse (Strassenunterführung der Autobahn N1 im Raum
Mosseedorf Kanton Bern, Sandstrasse), wird im Rahmen des Projekts «8-Spur-Ausbau Wankdorf-
Schöhnbühl» durch die baulichen Massnahmen am Autobahntrasse tangiert. Nebst einer beidseitigen
Erweiterung erfährt der Bestandesteil der Unterführung infolge einer Erhöhung des Längenprofils der Strasse
um ca. 0.8-1.0 [m] eine bedeutende zusätzliche Auflast, so dass gemäss SIA 269 eine Überprüfung des
Bauwerks erforderlich ist.
Die vorliegende Arbeit widmet sich dieser Überprüfung und setzt sich prinzipiell aus zwei
Untersuchungselementen zusammen; einer materialtechnologischen Untersuchung und darauf basierend einer
statischen Überprüfung des Bauwerks.
Bei der Begehung im November 2023 war ersichtlich, dass das Bauwerk grundsätzlich in einem annehmbaren
bis guten Zustand ist. Die 2022 dokumentierten Rissbildungen im Stahlbeton beschränken sich auf die
Flügelmauern, welche im Zuge der baulichen Erweiterung der UNF abgebrochen werden. Ihre zukünftige
Funktion kann als obsolet bezeichnet werden. Zusätzliche Risse innerhalb der Unterführung wurden nicht
festgestellt und es zeigten sich keine Verfärbungen infolge unkontrolliertem Wasseraustritt.
Die Laborauswertungen bestätigen grundsätzlich den visuellen Eindruck. Trotz der grösstenteils
ungenügenden Bewehrungsüberdeckung von rund 20 [mm] liegt die durchschnittliche festgestellte
Karbonatisierungstiefe bei rund 15 [mm]. Da sich der Fortschreitungsprozess aufgrund seiner
selbstverlangsamenden Wirkung stetig verlangsamt, kann davon ausgegangen werden, dass die
Karbonatisierung innerhalb der Restnutzungsdauer von 30 Jahren nicht massgebend fortschreitet. Bei einer
spezifischen Bohrkernprobe wurde nebst einem erhöhten Chloridgehalt im Beton auch Rost am Betonstahl
vorgefunden, so dass Stand Heute von einem existenten Korrosionsrisiko ausgegangen werden muss. Durch
eine Aufbetonierung der bestehenden Betonwand sowie einer Hydrophobierung sollte sich eine lokale
Lochfrasskorrosion aufgrund der Absenkung der Luftfeuchtigkeit im Betoninnern sowie den längeren
Transportwegen von Chlorid belastetem Spritzwasser verhindern lassen. Aus materialtechnologischer Sicht
kann die Situation als Annehmbar bezeichnet werden.
Auf Basis der aktualisierten mechanischen Eigenschaften wurde anschliessend im AxisVM (3D-Statiksoftware)
die Unterführung modelliert und Berechnungen durchgeführt. Nebst der zusätzlichen statischen Auflast
veränderte sich aufgrund der neuen horizontalen Linienführung der Fahrspuren auch die
Einwirkungsschwerpunkte der veränderlichen Lasten. Während sich in der vorgängigen Projektphase bereits
ohne Ansetzung der zusätzliche Auflast abzeichnete, dass lastreduzierende Massnahmen erforderlich sind,
wird mit der vorliegenden Arbeit dargelegt, dass sich der Tragwiderstand des Tragwerks dahingehend reduziert,
dass die UNF in der Summe der GZT-Typ 2 Nachweise die statischen Anforderungen «knapp nicht erfüllt». Bei
gewissen Nachweisen, bspw. Biegung in Längsrichtung (Mindestbewehrung) oder Querkraftbeanspruchung
der Rahmenecken zeigen sich besorgniserregende statische Erfüllungsquoten von < 0.5. Um die
Restnutzungsdauer zu gewährleisten, wurde dem ASTRA deshalb am 22. Mai 2024 der Vorschlag einer lokalen
Verwendung einer Leichtschüttung im Bereich der Unterführung unterbreitet. Die Rückmeldung liegt mit
Abgabe der Arbeit am 07. Juni 2024 noch nicht vor, es scheint jedoch ein zielführender Weg zu sein, reduziert
sich mit einer Leichtschüttung die Raumlast um 85% gegenüber konventionellem Erdmaterial, was sogar zu
einer leichten Verbesserung des Status Quo führt. Inwiefern eine Leichtschüttung als Fundation einer
hochfrequentierten Autobahn funktioniert, kann aktuell nicht eingeschätzt werden und muss im weiteren Verlauf
der Projektierung abgeklärt werden. Auch wenn trotz Leichtschüttung nicht alle statischen Nachweise positiv
nachgewiesen werden können, so verbessert sich der durchschnittliche statische Erfüllungsgrad von ca. 0.9
auf 1.04. Zusammen mit dem positiven visuellen Eindruck der rissfreien Unterführung kann eine
Restnutzungsdauer von ≥ 30 Jahren in Aussicht gestellt werden.
Der Projektverfasser führt die Projektierung der UNF Z 04 nach Abschluss dieser Arbeit als zuständiger
Projektingenieur des Teams WSP | BG fort.
The structure Underpass (UNF) Z 04 Sandstrasse (road underpass of the N1 motorway in the
Mosseedorf area, Bern Canton, Sandstrasse) is affected by the construction measures on the
motorway route as part of the "8-lane expansion Wankdorf-Schönbühl" project. In addition to a
bilateral expansion, the existing part of the underpass experiences a significant additional load due to
an increase in the road's longitudinal profile by approximately 0.8-1.0 [m], necessitating an
inspection of the structure according to SIA 269.
This work is dedicated to this inspection and essentially consists of two investigation elements: a
material-technological investigation and a subsequent static inspection of the structure.
During the site visit in November 2023, it was evident that the structure is generally in an acceptable
to good condition. The crack formations documented in 2022 in the reinforced concrete are limited to
the wing walls, which will be demolished as part of the structural expansion of the UNF. Their future
function can be considered obsolete. No additional cracks within the underpass were found and there
were no discolorations due to uncontrolled water ingress.
The laboratory evaluations generally confirm the visual impression. Despite the mostly inadequate
concrete cover of approx.20 [mm], the average determined carbonation depth is around 15 [mm].
Since the progression process slows down continuously due to its self-slowing effect, it can be
assumed that carbonation will not progress significantly within the remaining service life of 30 years.
In one specific core sample, in addition to an increased chloride content in the concrete, rust was
also found on the reinforcing steel, so that as of today, a corrosion risk must be assumed. Through
the application of a concrete overlay on the existing concrete wall and a hydrophobic treatment, local
pitting corrosion should be prevented due to the reduction of humidity within the concrete and the
longer transport paths of chloride-contaminated splash water. From a material-technological
perspective, the situation can be considered acceptable.
Based on the updated mechanical properties, the underpass was then modeled and calculations were
performed using AxisVM (3D static software). In addition to the additional static load, the impact
points of the variable loads also changed due to the new horizontal alignment of the lanes. While it
was already apparent in the previous project phase, even without the additional load, that loadreducing
measures were necessary, this work demonstrates that the load-bearing capacity of the
structure is reduced to the extent that the UNF "barely does not meet" the static requirements in the
sum of the GZT-Type 2 verifications. In certain verifications, such as longitudinal bending (minimum
reinforcement) or shear stress on the frame corners, insufficient static fulfillment ratios of < 0.5 were
observed. To ensure the remaining service life, the proposal of local usage of a lightweight fill in the
underpass area was submitted to ASTRA on May 22, 2024. Feedback is not yet available with the
submission of this work on June 07, 2024, but is deemed to be a promising approach, as a
lightweight fill reduces the load by 85% compared to conventional earth material, which even leads
to a slight improvement in the status quo. To what extent a lightweight fill functions as a foundation
for a highly frequented motorway cannot currently be assessed and must be clarified in the further
course of the planning. Even if not all static verifications can be positively demonstrated despite the
lightweight fill, the average static fulfillment rate improves from approximately 0.9 to 1.04. Along
with the positive visual impression of the crack-free underpass, a remaining service life of ≥ 30 years
can be anticipated.
The project author will continue the design of UNF Z 04 as the responsible project engineer of the
WSP | BG team after the completion of this work.

Urheberrechtshinweis