Der Einbau von neuen, nachträglichen Betonschichten (Aufbeton) gewinnt aufgrund des zunehmenden Bedarfs an Instandsetzungen und Verstärkungen bestehender Bauwerke immer mehr an Bedeutung. Brückendecks, die durch eine neue Betonschicht verstärkt werden, sowie die Instandsetzung und Verstärkung bestehender Betonbauteile durch eine neue Betonschicht sind typische Beispiele für den Einsatz von Aufbeton.

Ausführliche Betrachtung des Themas siehe Hilti Whitepaper Aufbeton
Lesedauer ca. 15 min

Monolithische Tragverhalten durch nachträglich installierte Hilti Schubverbinder Hilti HCC
Wenn die Schubspannungen in der Verbundfuge zwischen Betonschichten, die zu unterschiedlichen Zeiten betoniert wurden, nicht ausreichend übertragen werden, ist die statische Sicherheit gefährdet. Um eine monolithische Verbindung zu erzielen, werden in der Regel deshalb nachträglich installierte Schubverbinder vorgesehen. Dadurch können z.B. Biegedruck- und/oder Biegezugzonen vergrößert (konstruktive Verstärkung), oder die ursprünglichen Zonenhöhen wiederhergestellt werden (Sanierung).
Es gibt ein breites Spektrum an nachträglich installierten Schubverbindern. Grundsätzlich kann dabei zwischen Betonschrauben- und Mörtelsystemen unterschieden werden.
Schubverbinder des Typs „Betonschraube“, z.B. Hilti HCC-HUS4, werden durch Bohren von Bohrlöchern im Bestandsbeton installiert und mit einem speziellen Schlagschrauber (bspw. Hilti SIW 6) drehend eingeschlagen. Die Bohrtiefe wird typischerweise etwas größer als die Einschraubtiefe gewählt, um Platz für die Nebenprodukte des Gewindeschneidprozesses im Beton zu schaffen. Das Zugtragverhalten von diesem System hängt von der Toleranz des Bohrlochs ab, die in der ETA für das Produkt geregelt ist. Durch das in den Beton geschnittene Gewinde ist dieser Schubverbinder bis zu einem gewissen Grad in der Höhe verstellbar.
Bei den nachträglich eingebauten Schubverbindern vom Typ „Verbundanker“ handelt es sich um Sonderelemente oder um Standardelemente, die mit zusätzlichem Zubehör ausgestattet sind, z.B. HCC- B (Sonderelement, optimiert für die Positionierung der Bewehrung und den Einbau (Abb.6)), HCC-K (Bewehrungsstab mit aufgestauchtem Kopf) und HCC-HAS U (Gewindestange mit Scheibe und Mutter). Unabhängig vom Element wird ein Bohrloch im Bestandsbeton gebohrt, wobei der Bohrstaub während des Bohrens wie oben beschrieben entfernt werden muss. Daher bietet Hilti die SAFEset-Technologie an, bei der der Staub während des Bohrvorgangs automatisch entfernt und das Bohrloch zusätzlich gemäß ETA gereinigt wird. Die Injektion des Mörtels in das Bohrloch erfolgt mit einem automatischen oder pneumatischen Auspressgerät, bevor das Element in das jeweilige Bohrloch eingebracht wird. Beim Schubverbinder HCC-B hingegen kann das Element vor der Injektion des Mörtels in das Bohrloch automatisiert eingehämmert werden. Dadurch bietet der HCC-B die Möglichkeit den Mörtel nach allen notwendigen Nivellierungsmaßnahmen durch den einzigartigen Hohlquerschnittes zu injizieren. Abbildung 1 gibt einen Überblick über die verschiedenen Hilti Schubverbinder und deren technische Eigenschaften und Anwendungsbreite.

Abbildung 1: Überblick über Hilti HCC Schubverbinder

Bemessung von Aufbeton nach EOTA TR 066

Während die EN 1992-1-1 (EC2) [1] ausschließlich Kohäsion, die äußeren Spannungen und die Reibung berücksichtigt, berücksichtigt die neue EOTA TR 066 [2] auch die Dübelwirkung der nachträglich installierten Schubverbinder. Dies ist erforderlich, da bei einer Relativverschiebung der Betonschichten sich die Spannungen aus beiden Belastungsrichtungen im Schubverbinder überlagern und sich dadurch die nutzbare axiale Zugkraft erheblich reduziert. Dieses Verhalten ist produktabhängig.

Weiterhin geht der Eurocode 2 von einer ausreichend verankerten Schubbewehrung, aus wie es von Halbfertigteilen aus Beton bekannt ist und aus diesem Grund Stahlfließen als maßgebende Versagensart angesehen wird. Im Gegensatz dazu betrachtet EOTA TR 066 [2] die einzelnen Versagensarten von nachträglich eingebauten Schubverbindern. Hier wird bei der Anwendung des Schubnachweises anstelle der Streckgrenze, die aus dem Bemessungswiderstand unter Zug berechnete Stahlspannung σs des Schubverbinders verwendet. Der Bemessungswiderstand unter Zug ist gleich dem maßgebenden Widerstand unter Berücksichtigung aller möglichen Versagensarten die nach DIN EN 1992-4 [3] ermittelt werden. Diese Parameter werden über das Bewertungsdokument EAD 332347-00-0601 "Verbinder zur Verstärkung bestehender Betonbauwerke durch Aufbeton" bewertet und sind zwingend erforderlich, um den Bemessungsnachweis nach EOTA TR 066 zu führen. 

Schlussfolgerung

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der EOTA TR 066 [2] ein dem Stand der Technik entsprechendes Bemessungskonzept für die Bemessung von Verbundfugen mit nachträglich installierten Schubverbindern darstellt.

 
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[1] Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN 1992-1-1:2004
[2] EOTA TR066: Design and requirements for construction works of post-installed shear connection for two concrete layers, 2020
[3] Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 4: Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton; Deutsche Fassung EN 1992-4:2018