Seebrücke Koserow

Heinz Büchner, b&o Ingenieure

1. Allgemeines

Die 1992 gebaute Seebrücke im Seebad Koserow ist zurzeit ab dem 8. Gründungspfahl gesperrt, weil die Tragfähigkeit nicht mehr gewährleistet ist. An den Gründungspfählen 1 bis 8 ist die schadhafte Einbindung der Quertraversen aus Stahlbeton in die Stahlpfähle saniert worden, sodass die Brücke bis zum Gründungspfahl acht geöffnet bleiben kann.

Die Zweckbindung der Förderung durch Landesmittel läuft im Jahr 2017 aus. Die Brücke soll dann vor allem im Hinblick auf eine durchgehende barrierefreie Nutzung erneuert werden. Das Seebad Koserow beabsichtigt damit, den gesamten Ort durchgängig barrierefrei zu gestalten. Die Straßen innerorts sind bereits komplett barrierefrei umgestaltet worden. Es fehlt jedoch ein barrierefreier Zugang für die Personenschifffahrt.

2. Konstruktionsgrundlagen

2.1 Grundsätzliches

Seebrücken an der Ostsee werden gut angenommen, wenn sie einladend gestaltet werden und ungehinderten Zugang zur Ostsee ermöglichen. Sie sind Flaniermeilen und verlängerte Promenaden zugleich. Gerade im Seebad Koserow hat die Seebrücke eine besondere Bedeutung, weil keine lange und breite Promenade mit ungehinderter Sicht auf die Ostsee vorhanden ist.

Die Seebrücke soll auch wieder als Anleger für die Personenschifffahrt dienen und als erster Anleger an der Ostsee einen barrierefreien Zugang zu den Booten der Reederei Adler ermöglichen.

Die Seebrücke muss in erster Linie die folgenden drei Kriterien erfüllen:

1. Ausreichende Länge für den erforderlichen Tiefgang der Fahrgastschiffe.
2. Ausreichende Höhe, um auch bei Hochwasser und Sturmereignissen Schäden zu vermeiden.
3. Ausreichende Breite, um einen angenehmen und sicheren Aufenthalt auf der Seebrücke zu ermöglichen.

2.2 Brückenlänge

Die Brücke soll mit einem Anleger für Fahrgastschiffe ausgestattet werden, der 3,50 m Wassertiefe benötigt. Die geplante Seebrücke soll mit ca. 290 m Länge bis in diese Wassertiefe reichen.

Damit ist es ausreichend, den Anleger wieder an der gleichen Stelle zu platzieren.

2.3 Höhe der Gehebene

Die Gehebene soll auch bei Sturm und Hochwasser oberhalb der signifikanten Wellenhöhe liegen. Der maßgebende Wert ergibt sich aus der Kombination von Windstau bei Hochwasser und Wellenhöhe bei Sturm. In der Ostsee besteht keine Korrelation zwischen Hochwasser, und Sturmereignis, d. h. beide Ereignisse treten unabhängig voneinander auf.

2.3.1 Bemessungswelle

Die maximalen signifikanten Wellenhöhen sind H_s100 = 3,80 m und H_s50 = 3,65 m. Auch bei häufigeren Ereignissen nehmen die Maximalwerte für H_s nur geringfügig ab. Als Bemessungswelle wird deshalb H_s100 = 3,80 m gewählt.

Natürliche Sturmwellen können nicht mehr mit der linearen Wellentheorie nach Airy/Laplace beschrieben, sondern müssen mit Wellentheorien höherer Ordnung berechnet werden. Wellenberg und Wellental sind dann nicht mehr gleich hoch, sondern der Berg ist wesentlich höher als das Tal, nämlich ca. 75% Berg und 25% Tal.

2.3.2 Bemessungswasserstand

Das Bemessungshochwasser für den Küstenschutz liegt in Koserow bei BHW = 2,90 MNHN. Dieser Wert ist der höchste zu erwartende Wasserstand für diesen Küstenabschnitt und stellt ein entsprechend seltenes Ereignis dar, etwa vergleichbar mit dem Jahrhundertereignis bei der Wellenhöhe.

Zwei derart seltene Ereignisse treten nicht zusammen auf, d. h. die Extremwelle muss nicht mit dem Bemessungshochwasser kombiniert werden. Ein durchaus öfter auftretendes Hochwasser liegt bei ca. 1,50 mNHN.

Der Wellenkamm der signifikanten Welle wird kombiniert aus H_s100 = 3,80 m und Wasserstand+1,50 mNHN: OK_Welle=BHW+Wellenberg=+1,50 mNHN+0,75∙3,80m=4,35 mNHN.

Die Gehebene muss demnach auf mindestens +4,50 mNHN oder höher gelegt werden, um auch bei Sturmflut Schadensfreiheit zu gewährleisten. Die Tragkonstruktion der Seebrücke hat mindestens eine Höhe von 0,65 m. Wenn die Wellenkämme die Tragkonstruktion nicht berühren sollen, müsste die Gehebene auf mindestens 4,35 mNHN+0,65 m=5,00 NHN liegen. Die Mindesthöhe der Gehebene wird auf +5,0 mNHN festgelegt.

2.4 Breite der Seebrücke

Eine Seebrücke stellt einen der wesentlichen Anziehungspunkte eines Seebads dar, die auch mit entsprechendem Publikumsverkehr frequentiert wird. Um auch bei Hochbetrieb einen reibungslosen Begegnungsverkehr von Rollstühlen gemeinsam mit Kindern und Familien zu ermöglichen, werden mindestens 3,50 m Breite benötigt. Nach DIN 18040-3 müssen 1,80 m für den Begegnungsverkehr von Rollstühlen zur Verfügung gestellt werden.

Abb. 1: Erforderliche Breite für Rollstühle aus DIN 18024-1

Für weitere Personen einschließlich Kinderwagen und spielende Kinder verbleiben dann noch 1,70 m Breite. Für eine angemessene Nutzung und einen komfortablen Aufenthalt auf der Seebrücke werden zusätzlich noch Aufenthaltsbereiche benötigt.

3. Geplanter Neubau

3.1 Grundsätzliches

Der geplante Neubau der Seebrücke Koserow stellt auf der gesamten Länge die Mindestbreite von 3,50 m zur Verfügung. Außerdem wird je ca. 100 m Brückenlänge eine zusätzliche Aufenthaltsfläche von ca. 13 m Länge und 2,50 m Breite angeordnet. Die Gehebene der Seebrücke liegt auf +5,00 mNHN und schließt landseitig auf einer Höhe von +5,90 mNHN an.

Die Brücke wird in drei Abschnitte mit einem Achsradius von R=120 m aufgelöst, die vom Ufer und untereinander einsehbar sind, um die Scheu vor einer langen Brücke zu nehmen und den Weg bis zum Brückenkopf in überschaubare Einheiten aufzulösen. Dadurch können gerade Personen mit eingeschränkter Mobilität die Seebrücke leichter nutzen.

Der Brückenkopf bietet ausreichend Möglichkeiten zum Ausruhen und kann auch für Veranstaltungen genutzt werden. Er ist in einen öffentlichen und in einen kommerziellen Bereich, der für eine Verkaufseinrichtung genutzt wird, aufgeteilt, siehe Kapitel 3.1.4.

3.1.1 Brückenkopf

Die vorhandene Hochwasserschutzdüne schließt sich unmittelbar an den Seebrückenvorplatz an. Sie besteht aus drei Elementen (betrachtet von See nach Land): Verschleißteil, Reserveteil und Schutzteil. Der zentrale Reserveteil bildet das eigentliche Schutzelement bei extremen Sturmfluten, während der Verschleißteil als Puffer für den Reserveteil bei den häufigeren Sturmflutereignissen dient. Der Seebrückenvorplatz bildet hier die landseitige Schutzzone für den Reserveteil.

Die Gesamtbreite für den Reserveteil und den Verschleißteil beträgt am Standort der Seebrücke 35 m. Die vorhandene Hochwasserschutzdüne kann ihre Schutzfunktion nur erfüllen, wenn sie mit geeignetem Bewuchs (standortgerechter Strandhafer) bepflanzt, d. h. befestigt ist. In diesem Bereich sind Eingriffe auf das äußerste Minimum zu beschränken und der Bewuchs ausreichend zu schützen und zu pflegen.

3.2 Gestaltung

3.2.1 Landanschluss

Die geplante Seebrücke bindet wie die vorhandene Seebrücke direkt an den Brückenvorplatz an. Sie wird im Zugangsbereich auf ca. 10 m Länge von 3,50 m Breite auf ca. 5,5 m Breite aufgeweitet. Die landseitige Gründung erfolgt durch ein Betonwiderlager.

Abb. 2: Landanbindung

Im Strandbereich wird eine Stahltreppe angeordnet, die bis ca. 1 m unter den vorhandenen Strand geführt wird, um auch bei verändertem Vorstrandprofil noch sicher den Strand erreichen zu können. Diese Treppe wird auf einen Querträger der Seebrücke und auf einen Rammpfahl im Strand gelagert. Für Unterhaltungsarbeiten an der Hochwasserschutzdüne kann die Treppe komplett demontiert werden.

3.2.2 Aufweitungen

Im Verlauf der Seebrücke werden drei Aufweitungen angeordnet, die Flächen zum Verweilen anbieten, die mit Sitzstufen oder Sitzmöbeln ausgestattet werden können und so attraktive Aufenthaltsräume entstehen lassen. Am Ende befindet sich der Brückenkopf mit rund 40 m Länge und 25 m Breite.

3.2.3 Anleger

Abb. 3: Geplanter Anleger

Der Anleger erhält zwei Ebenen als Zugangsbereich zum Fahrgastschiff auf +2,80 mNHN und auf +2,00 mNHN. Der Zugang +2,80 mNHN ermöglicht es, das Oberdeck des Fahrgastschiffs Mönchgut der Reederei Adler barrierefrei zu betreten. Der untere Zugang ist für den normalen Publikumsverkehr mit direktem Zugang zum Hauptdeck vorgesehen.

Abb. 4: Ansicht Anleger

Der obere Zugang wird durch eine ca. 50 m lange Rampe, die sich neben der Seebrücke befindet und separat auf Pfählen gegründet ist, barrierefrei an die Seebrücke angeschlossen und ist durch eine Treppe mit dem Brückenkopf und durch eine weitere Treppe mit dem tiefliegenden Anleger verbunden.

Ab ca. +3,10 mNHN Höhe wird die Zugangsrampe beweglich ausgeführt, um sie außerhalb der Saison auf +3,10 mNHN hochziehen zu können, sodass sie vor der Belastung durch Wellen geschützt ist.

3.2.4 Brückenkopf

Der Gemeinde liegt eine Zusage eines Investors vor, der auf dem Brückenkopf eine Verkaufsfläche von ca. 400 m² betreiben und diesen Bereich der Seebrücke, ca. 500 m², auch finanzieren möchte. Die Gesamtfläche des Brückenkopfs beträgt ca. 900 m², der öffentliche Bereich ist ca. 400 m² groß.

Abb. 5: Mögliche Verkaufseinrichtung mit Dachterrasse Lageplan

Grundsätzlich lassen sich die Nutzung des Brückenkopfs als Seebrücke und als Verkaufseinrichtung gut miteinander verbinden. Die Dachfläche der Verkaufseinrichtung ist öffentlich zugänglich und kann als Aussichtsplattform genutzt werden. Sie soll Sitzstufen und Ruhemöglichkeiten erhalten. Außerdem ist ein sehr einfacher gastronomischer Betrieb in Form eines einfachen Imbissangebots mit heißen und kalten Getränken sowie Gebäck möglich. Weitergehende Angebote, wie z. B. warme Speisen, sind nicht vorgesehen. Für den barrierefreien Zugang zur Dachfläche ist ein Aufzug innerhalb der Verkaufseinrichtung geplant. In der Verkaufseinrichtung können öffentlich zugängliche sanitäre Anlagen untergebracht und ganzjährig betrieben werden. Damit kann die Seebrücke Koserow komplett, einschließlich Zugang zum Fahrgastschiff und Brückenkopf mit Aussichtsplattform, auch von Personen mit eingeschränkter Mobilität genutzt werden.

Abb. 6: Mögliche Verkaufseinrichtung mit Dachterrasse Ansicht Ost

3.2.5 Öffentlicher Bereich

Die gesamte Brücke bis zum Brückenkopf ist öffentlich zugänglicher Bereich. Der Brückenkopf gliedert sich in einen öffentlichen und einen privaten Teil. Der öffentliche Bereich umfasst drei Teilbereiche:

1. Den Brückenkopf am Brückenende auf +5,00 mNHN
2. Den Zugang zum Anleger der Fahrgastschiffe
3. Die öffentlich zugängliche Dachterrasse, die privat unterhalten, aber gemeinsam mit einem Aufzug und einer Treppen anlage der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt wird.

Außerdem befindet sich im Hochbauteil eine öffentlich zugängliche WC-Anlage.

3.2.6 Ver- und Entsorgungsleitungen

Für die geplante Nutzung des Brückenkopfs sind Ver- und Entsorgungsleitungen erforderlich. Die genaue Anzahl und die benötigten Querschnitte müssen noch gemeinsam mit dem Betreiber festgelegt werden. Sie werden in Leerrohren unterhalb der Gehebene der Seebrücke verlegt. Erforderlich sind Leerrohre für:

• Wasser
• Abwasser
• Telekommunikation
• Datenleitungen
• Strom
• Energie (Gas)

3.2.7 Ausstattung

Die Seebrücke wird mit Rettungseinrichtungen (Rettungsring mit Leine) im Abstand von ca. 60 m ausgerüstet, auf Stangen wird wegen des großen Abstands zur Wasserfläche verzichtet. Außerdem werden Papierkörbe mit möwenabweisenden Abdeckungen vorgesehen. Für jedes Medium wird ein Leerrohr DN 100 vorgehalten.

Am Brückenkopf wird ein von Land und See gut lesbares Namensschild angebracht.

Unter den Handläufen werden Hinweise in Braille-Schrift und auf der Gehfläche Leitstreifen und Aufmerksamkeitsfelder nach DIN 32984 befestigt, die den Weg zum Anleger markieren.

3.2.8 Beleuchtung

Die Beleuchtung der Seebrücke erfolgt durch LED-Leuchtbänder, die eine Grundausleuchtung von mindestens 3 und maximal 5 Lux auf der Gehfläche sicherstellen. Die Auslegung der Beleuchtung erfolgt nach DIN EN 13201-1, Beleuchtungssituation E1 entsprechend den Anforderungen für Parks, Grünanlagen und Fußwege.

Die Beleuchtung wird so angeordnet, dass die Schifffahrt nicht geblendet werden kann. Einzelne hohe Lichtpunkte (Lichtmasten) sind punktuell vorgesehen. Zusätzliche Lichtstreifen, die die Gehebene beleuchten, werden an einzelnen Objekten, wie z. B. den Sitzstufen oder für die Beleuchtung der Wasserfläche unter den Längsträgern, angeordnet.

3.3 Qualität und Dauerhaftigkeit

Die Seebrücke wird aus drei verschiedenen Baustoffen hergestellt:

• Stahl als tragendes Element,
• Holz für den Gehbelag und die Handläufe sowie
• Stahlbeton für die landseitige Gründung und den Anleger.

Die tragenden Bauteile der Seebrücke werden für eine Lebensdauer von >50 Jahren konstruiert. Diese Lebensdauer kann für frei bewittertes Holz nicht erreicht werden. Hier wird eine Lebensdauer >20 Jahre zu Grunde gelegt.

3.3.1 Allgemein

Die Bemessung der Brücke erfolgt so, dass die Querschnitte für die ständigen Lastfälle nicht mehr als 80 % ausgenutzt werden, dadurch entstehen Sicherheiten bei Verformung und Beanspruchung. Für sehr seltene extreme Lastfälle wie z. B. Eisdruck wird die Auslastung bis zur Streckgrenze zugelassen, um unwirtschaftliche Konstruktionen zu vermeiden.

Soweit es möglich ist, werden alle Bauteile als Fertigteile in Montagehallen hergestellt, dadurch kann eine wesentlich bessere Qualität und Kontrolle als bei Arbeiten auf der Baustelle erreicht werden. Nacharbeiten, wie z. B. Bohren oder Schweißen auf der Baustelle, werden planmäßig nicht vorgesehen.

Die Wahl der Baustoffe und die Ausführungen erfolgen unter Berücksichtigung der entsprechenden DIN Normen und darüber hinaus nach den Empfehlungen des Arbeitsausschusses „Ufereinfassungen“ Häfen und Wasserstraßen (EAU), den Vorgaben der zusätzlichen technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTV-ING) der Bundesanstalt für Straßenbau sowie der zusätzlichen technischen Vertragsbedingungen (ZTV) Wasserbau der Bundesanstalt für Wasserbau.

3.3.2 Stahl

Es wird Wert auf gut und einfach zu verarbeitende Stahlgüten gelegt. In der Regel soll für die Tragkonstruktion Stahl der Güte S355 JO verwendet werden. Die Gründungsrohre werden aus Stahl S235 JRH hergestellt.

Für die tragenden Bauteile kommen Rechteckhohlprofile (RHP) und teilweise Walzprofile zum Einsatz. RHP haben den Vorteil, dass keine scharfen Kanten vorhanden sind und sich weniger Schmutz ablagern kann als bei Walzprofilen, außerdem sind sie optisch ansprechender. Für Verschraubungen werden feuerverzinkte Garnituren nach DIN EN ISO 10684 „Verbindungselemente – Feuerverzinkung“ vorgesehen. Die benötigten Schraubverbindungen werden auf das erforderliche Mindestmaß reduziert. Soweit es möglich ist, werden komplette Bauelemente im Werk gefertigt und dann zur Baustelle transportiert.

3.3.3 Stahlbeton

Die Stahlbetonteile werden grundsätzlich als Fertigteile hergestellt, weil im Werk eine erheblich bessere Qualität erzielt werden kann. Außerdem kann die Nachbehandlung kontrolliert erfolgen und die Ausschalzeiten können dokumentiert und überwacht werden.

Als Betonstahl wird nur Stahl mit hoher Duktilität B500B verwendet, die Rissbreite durch entsprechende Grundbewehrung auf 0,15 mm beschränkt und die Betondeckung für Fertigteile auf c_nom=5,5 cm festgelegt.

3.3.4 Holz

Für die Holzbauteile wird FSC-zertifiziertes tropische Hartholz vorgesehen. Der Handlauf wird aus Bilinga (Nauclea diderrichii), der Gehbelag aus Bongossi (Lophira alata) hergestellt. Beide Holzarten sind für den Seewasserbereich geeignet und zählen zu den langlebigsten Hölzern, deren Lebensdauer weit über 20 Jahre liegt.

Für Verschraubungen kommt nichtrostendes Material aus Werkstoff 1.4401 zum Einsatz.

3.4 Korrosionsschutz

Stahl kann mechanisch durch Beschichtungen oder kathodisch durch einen Überzug aus Zink vor Korrosion geschützt werden.

DIN EN ISO 9223 „Korrosion von Metallen und Legierungen – Korrosivität von Atmosphären – Klassifizierung, Bestimmung und Abschätzung (ISO 9223:2012)“ definiert sechs Korrosivitätskategorien von atmosphärischen Umgebungen und definiert die Korrosionsgeschwindigkeiten nach dem ersten Jahr der Auslagerung für diese Korrosivitätskategorien [GALVASWISS, 2014, S.29].

Tabelle 1: Beschreibung typischer atmosphärischer Umgebungen mit der Abschätzung von Korrosivitätskategorien DIN EN ISO 9223

Tabelle 2: Korrosionsgeschwindigkeiten nach einem Jahr Auslagerung DIN EN ISO 9223

3.4.1 Beschichtungen

Beschichtungen werden nach DIN EN ISO 12944 „Korrosionsschutz durch Beschichtungen und Überzüge“ unter Berücksichtigung der ZTV-ING, ZTV-KOR oder ZTV-Wasserbau ausgeführt. Da es sich um ein Bauwerk an der Ostsee handelt, sind die ZTV-W 218 für Korrosionsschutz im Stahlwasserbau (Leistungsbereich 2018) zu berücksichtigen.

Die Normen der Reihe DIN EN ISO 12944 gelten für den Erstschutz und die Instandsetzung des Korrosionsschutzes von Stahlbauten aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl mit einer Stahldicke von mehr als 3 mm, für die ein Tragsicherheitsnachweis erforderlich ist.

DIN EN ISO 12944 gliedert sich in 8 Teile

Teil 1 Allgemeine Einleitung

Teil 2 Einteilung der Umgebungsbedingungen

Teil 3 Grundregeln der Gestaltung

Teil 4 Arten von Oberflächen und Oberflächenvorbehandlung

Teil 5 Beschichtungssysteme

Teil 6 Laborprüfungen zur Bewertung von Beschichtungssystemen

Teil 7 Ausführung und Überwachung von Korrosionsschutzarbeiten

Teil 8 Erarbeiten von Spezifikationen für Erstschutz und Instandsetzung

Teil 2 macht Angaben zu Lebensdauer und zu Belastungen in Abhängigkeit vom Standort. Die Angabe zur Lebensdauer (Abrostung) entspricht DIN EN ISO 9223. Außerdem werden Klassen zur Schutzdauer definiert.

Tabelle 3: Schutzdauer für Beschichtungssysteme nach DIN EN ISO 12944-1 und 5

Die geplante Neufassung enthält wahrscheinlich noch sehr lang 25 Jahre.

Die Schutzdauer von Beschichtungen ist in DIN EN ISO 12944-6 nach der Art des eingesetzten Materials in Abhängigkeit von der Korrosivitätskategorie festgelegt.

Die höchste Anforderung der DIN EN ISO 12944 entspricht Meeresklima mit langer Lebensdauer C5-M-High, das heißt länger als 15 Jahre. In der Realität lassen sich bei sorgfältig ausgeführten und richtig ausgelegten Beschichtungen Lebensdauern von 20 bis 25 Jahre erreichen. Von mehr als 30 Jahren kann jedoch nicht ausgegangen werden. Die Lebensdauer ist nach Definition überschritten, wenn der Rostgrad 3 nach DIN EN ISO 4628-3 erreicht ist [EMEAI valspar, 2012, S.1], 10% rostbedeckte Fläche.

Abb. 7: Beispiel für den Rostgrad von Beschichtungen nach DIN EN ISO 4628-3

3.4.2 Feuerverzinkung

Für die Feuerverzinkung von Stahl gilt DIN EN ISO 1461 „Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken)“. DIN EN ISO 14713, Teile 1-2 „Zinküberzüge – Leitfäden und Empfehlungen zum Schutz von Eisen- und Stahlkonstruktionen vor Korrosion“ ergänzt diese Norm um zusätzliche Informationen über zu erwartende Schutzdauer, Einsatzmöglichkeiten und auch Konstruktionshinweise zum Feuerverzinken.

Die DASt-Richtlinie 022 „Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen“ ergänzt die Norm DIN EN ISO 1461 und teilweise auch die Norm DIN EN ISO 14713.

Die DASt-Richtlinie 022 wurde vom Deutschen Ausschuss für Stahlbau (DASt) erarbeitet und ist in Deutschland im bauaufsichtlich geregelten Bereich verbindlich anzuwenden. In der Richtlinie werden übergreifend Aspekte der Planung, Konstruktion, Fertigung und Feuerverzinkung von tragenden Stahlbauteilen beschrieben, um die erforderlichen Sicherheitsanforderungen an Bauprodukte verstärkt in den Regelwerken zu integrieren.

Die Feuerverzinkung ist ein aufwändiger Prozess, der sich aus 9 Einzelschritten zusammensetzt [GALVASWISS, 2014, S.21].

Abb. 8: Ablauf Feuerverzinkung

Das Verzinkungsgut wird nach dem Durchlaufen verschiedener Reinigungsprozesse während des Eintauchens in das Zinkbad auf die Zinkbadtemperatur von ca. 450 °C erwärmt. Durch wechselseitige Diffusion von Zink und Eisen bilden sich Eisen-Zink-Legierungsschichten. Beim Herausziehen aus dem Bad werden die Legierungsschichten üblicherweise mit einer glänzenden Reinzinkschicht überzogen [GALVASWISS, 2014, S.25].

Abb. 9: Schnitt durch den Aufbau einer Verzinkung von 85 μm

Beim Verzinkungsprozess bilden sich mehrere Legierungsschichten aus Zink und Stahl. Die Härte dieser Legierungsschichten liegt erheblich über der Härte von Baustahl. Zinküberzüge gewährleisten daher einen zuverlässigen Schutz bei mechanischen Belastungen während des Transports und beim Handling und der Montage während der Bauphase [GALVASWISS, 2014, S.31].

Abb. 10: Relative Härte Fe/Fe+Zn/Zn

Die einzelnen Kristalle der Eisen-Zink-Legierungsschichten wachsen senkrecht zur Stahloberfläche. An Ecken und Kanten öffnen sich die Legierungsschichten deshalb fächerförmig und die Zwischenräume füllen sich mit Reinzink. Zinküberzüge beim Stückverzinken sind deshalb im Regelfall an Kanten und Ecken mindestens so dick wie in den angrenzenden Flächen – die Kantenflucht, wie sie bei anderen Korrosionsschutzsystemen auftritt, stellt sich hier nicht ein [GALVASWISS, 2014, S.27].

Abb. 11: Verlauf der Zinkbildung an Kanten

Feuerverzinkte Stähle können bis 200° eingesetzt werden.

Bei feuchten Bedingungen werden aus Hölzern der Eiche, Kastanie, Rotzeder und Douglasie relevante Mengen an Essigsäure freigesetzt. Bei direktem Kontakt mit feuerverzinktem Stahl kann dies zu Problemen führen. In den Hölzern enthaltene Gerbsäure kann zu einer rot-braunen Verfärbung des Zinks führen. Abhilfe können Distanzstücke oder eine organische Beschichtung schaffen, welche eine Trennung der beiden Werkstoffe ermöglichen.

Hinsichtlich der mechanischen Beständigkeit ist die Feuerverzinkung den Beschichtungen überlegen [GALVASWISS, 2014, S.31].

Abb. 12: Vergleich mechanische Beanspruchung Feuerverzinken/Beschichtung

Bei dickeren Wandstärken und bei Stählen mit erhöhtem Silizium- und Phosphorgehalt wächst die Legierungsschicht bis zur Oberfläche durch und gibt dieser ein matt-graues Aussehen [GALVASWISS,2014, S.39].

Abb. 13: Einfluss von Silizium und Phosphor im Stahl auf das Aussehen der Zinkschicht

Die DIN EN ISO 12944 definiert lang (High) mit >15 Jahre, eine größere Lebensdauer wird noch nicht betrachtet. Abhängig von der Belastung können Feuerverzinkungen erheblich längere Lebensdauern erreichen, die weit über 15 Jahre hinausgehen, weil die Lebensdauer der Verzinkung durch Erhöhung der Schichtdicke ohne weiteres verlängert werden kann.

3.4.3 Auslegung des Korrosionsschutzes

Im Idealfall entspricht die Lebensdauer des Korrosionsschutzes der des Bauwerks. Seebrücken werden für eine Lebensdauer von ≥50 Jahren ausgelegt. Das ist mehr als das Dreifache der Schutzdauer Klasse Lang nach DIN EN ISO 12944.

Mit Beschichtungen lassen sich diese Zeiträume nicht erreichen.

DIN EN ISO 1461 legt die Mindestschichtdicken bei der Feuerverzinkung fest [GALVASWISS, 2014, S.25].

Tabelle 4: Mindestschichtdicken der Feuerverzinkung nach DIN EN ISO 1461

Im schweren Stahlbau werden die Wanddicken von 6 mm immer erreicht, so dass von einer Mindestschichtdicke von 85 μm ausgegangen werden kann.

Langjährige Untersuchungen des Bundesumweltamtes im gesamten Gebiet Deutschlands haben gezeigt, dass Verzinkungen mit einer Schichtstärke von 85 μm nur mit Ausnahme der Nordseeinseln und wenigen Abschnitten der Nordseeküste ohne weitere Maßnahmen mehr als 50 Jahre überdauern, siehe Abbildung 14 [BAST, 2015, S.10]. Das entspricht einer Abrostungsrate von 1,7 μm/Jahr oder der Korrosivitätskategorie C3, siehe Tabelle 2. In den meisten Bereichen beträgt die Lebensdauer sogar 100 Jahre.

Abb. 14: Zinkkorrosionskarte des Umweltbundesamtes

Die Werte gelten unter normalen atmosphärischen Bedingungen, jedoch nicht für den Wasserwechsel- und Spritzwasserbereich oder andere exponierte Bereiche. Hier wird zusätzlich eine Beschichtung nach ZTV-W 218 Korrosionsschutz im Stahlwasserbau benötigt (Duplexverfahren). Die Lebensdauer verlängert sich dadurch ca. um das bis zu 2,5-fache.

Eine exakte Schutzdauer-Prognose ist nur schwer möglich. Die angegebenen Größen sind daher als Abschätzung zu verstehen.

Bei einer rechnerischen Abrostungsrate von 2,0 μm/Jahr werden 200 μm Schichtdicke benötigt, um eine Lebensdauer von 100 Jahren zu erreichen. Diese Abrostung entspricht der Obergrenze der Korrosivitätskategorie C3.

Zusätzliche Einflussfaktoren können zum Beispiel lokal auftretende Kleinstklimate und Sonderbelastungen sein. Bei der Seebrücke ist eine lokale zusätzliche Belastung durch Chloride nicht auszuschließen, die die Abrostungsrate zumindest lokal erhöhen können.

Demgegenüber steht die Erkenntnis, dass der Dickenverlust im ersten Jahr höher ist als in den folgenden Jahren [CORROSION SCIENCE, 2001, S.681].

Tabelle 5: Zeitlicher Verlauf der Abrostungsrate von Zink in der Schweiz

Nach ISO 9224 ist die Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen und Legierungen, die in natürlichen Atmosphären im

Außenbereich ausgelagert werden, im Verlauf der Auslagerungsdauer nicht konstant. Bei Zink nimmt sie aufgrund der Anhäufung von Korrosionsprodukten auf der Oberfläche des ausgelagerten Metalls mit der Dauer der Auslagerung ab [ARBEITSHILFE FEUERVERZINKUNG, 2014, S.1].

Abb. 15: Prinzipieller Verlauf des Korrosionsverlustes von Zink über die Zeit

Nach Untersuchungen in der Schweiz nimmt der Dickenverlust im 2. Jahr um ca. 25% und im 4. Jahr um ca. 40% gegenüber dem 1. Jahr ab, siehe Tabelle 5. Unter Berücksichtigung dieses zeitlichen Verlaufs kann sich die Schutzdauer verdoppeln. Dieser Effekt gleicht die zusätzlichen Unsicherheiten, die durch Verarbeitungsmängel und lokal bedingte erhöhte Belastungen entstehen aus, so dass auf der sicheren Seite liegend mit einer Schichtdicke von 200 μm eine Lebensdauer von 100 Jahren für den Korrosionsschutz angesetzt werden kann. Die exakte Zinkschichtdicke ist vom schwankenden Siliziumgehalt im Stahl, aber auch von der Tauchzeit abhängig. So kann es beispielsweise bei reaktionsfreudigen Stählen (verstärktes Wachstum der Zinklegierungsschicht tritt im Bereich von ca. 0,03-0,12 % bzw. oberhalb etwa 0,30 % Silicium) vorkommen, dass die Wechselwirkung Eisen-Zink besonders stark abläuft. Konstruktionsbedingt kann dieser Effekt noch durch eine steigende Tauchdauer des Gegenstandes im Zinkbad verstärkt werden. Es wird dann ein dicker Überzug erzeugt, bei dem der Anteil der Eisen-Zink-Legierungsschichten größer als normal ist. Im Extremfall kann der gesamte Zinküberzug aus Eisen-Zink-Legierungsschichten bestehen [BAST, 2015, S.22].

Abb. 16: Zinküberzugsdicke in Abhängigkeit vom Si- und P-Gehalt der Stähle und von der Zinkschmelzetemperatur bei einer Tauchdauer von 10 min

Um die erforderliche Schichtdicke von 200 μm zu ermöglichen, aber gleichzeitig auch ein unkontrolliertes Schichtwachstum zu verhindern, werden nur Stähle gemäß DIN EN 10025-2, Pkt. 7.4.3 Eignung zum Schmelztauchverzinken mit folgender Spezifikation für den Silizium- und Phosphorgehalt benötigt: 0,14≤ Si ≤0,35 und P≤ 0,035 Gewichtsprozent.

Im schweren Stahlbau, wie z.B. dem Brückenbau, ist der Si-Gehalt meistens hoch (0,20 % und mehr). Aufgrund großer Bauteildicken und den damit nötigen langen Tauchzeiten im Zinkbad, liegt die Zinkschichtdicke in der Regel auch immer über 200 μm.

Auch wesentlich höhere Zinkschichtdicken (> 350μm) erlauben große (plastische) Verformungen des Stahls, bevor es zu Abplatzungen der äußeren Zinkschichten kommt. Daher besteht keinerlei Problematik bei zu großen Zinkschichtdicken.

3.5 Konstruktion der Seebrücke

3.5.1 Gründung

Die Seebrücke wird auf insgesamt 56 Stahlpfählen gegründet, die durch Vibrationsrammung in den Untergrund eingebracht werden. Die Gründungspfähle werden mit 711 mm und im Bereich des Brückenkopfs mit 813 mm hergestellt, ihre Längen liegen zwischen 8 m und 18 m, die Wandstärken zwischen 12,5 mm und 25,0 mm. An die Gründungspfähle werden Jochbalken aus RHP 400/200/16 mit Vergussmörtel kraftschlüssig angeschlossen. Sie erhalten einen Korrosionsschutz nach ZTV-W 218.

3.5.2 Tragkonstruktion

Die Tragkonstruktion wird als Stahlkonstruktion aus Rechteckhohlprofilen hergestellt. Sie besteht aus zwei Längsträgern RHP 400/200/16 mm, zwei Mittelträgern RHP 300/200/12,5 mm und Querträgern RHP 180/100/12,5 mm. Die Regelbauweise besteht aus einem ca. 10 m langen Element, das genau den Pfahlabstand überspannt und lose als Balken auf zwei Stützen auf die Jochbalken gelagert wird. Die einzelnen Elemente sind dadurch statisch bestimmt, zwängungsfrei und einfach gelagert. Als Lagerelemente werden Neoprenlager vorgesehen.

Die Bauteile werden verzinkungsgerecht konstruiert. Die Länge der einzelnen Elemente ist kleiner 10 m, die maximale Breite beträgt 2,5 m, wobei die bevorzugte Regelbreite nur ca. 2 m ist.

3.5.3 Gehbelag

Der Gehbelag aus Bongossibohlen 14,5/5 cm mit Antislippriffelung ist auf Längshölzer 12/14 cm aus Bongossi verschraubt, die auf den Querträgern aufliegen und mit Stahlwinkeln gesichert werden.

3.5.4 Geländer

Das Geländer besteht aus senkrechten Rundstäben 25 mm aus Stahl S355 J0 im Abstand von ca. 12,5 cm mit einem Handlauf aus Bilinga. Der Handlauf wird als Lehngeländer in den Abmessungen 18/9 cm und einer Lehnfläche mit ca. 15° Neigung ausgeführt. In den Handlauf wird auf ganzer Länge eine Beleuchtung aus LED Lichtbändern integriert. Die Geländer werden in 5 m langen Einzelteilen komplett in der Werkstatt hergestellt und an die Tragkonstruktion angeschraubt. Auf die 25-mm-Rundstäbe werden als gestalterisches Element Scheiben so in verschiedenen Höhen befestigt, dass sie auf 10 m Länge eine komplette Welle bilden.

3.5.5 Anleger

Der Anleger aus Stahlbetonrahmen mit Gitterrosten ist 2,5 m breit und 15 m lang. Davon liegen 5,8 m auf +2,80 mNHN und 8 m auf +2,0 mNHN. Der obere Bereich ist durch eine 48 m lange Rampe aus Stahl barrierefrei und durch eine 4 m lange Treppe zu erreichen. Er wird durch Anlegedalben mit 1016×20 mm geschützt.

Literatur

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Stuttgart, 09/1998

Institut Feuerverzinken GmbH; Korrosionsschutz durch Feuerverzinken (Stückverzinken), in Düsseldorf

Stahl-Informations-Zentrum; Katzung, W.; Korrosionsschutz von Stahlkonstruktionen durch Beschichtungssysteme, in Düsseldorf, Institut für Stahlbau Leipzig GmbH, Merkblatt 405, 2005

Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen (bast); Kuhlmann, U.; Maier, P.; Ummenhofer, T.; Zinke, T.; Fischer, M.; Schneider, S.; Nachhaltigkeitsberechnung von feuerverzinkten Stahlbrücken, in Bergisch Gladbach, Universität Stuttgart, Institut für Konstruktion und Entwurf, Karlsruher Institut für Technologie, Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Heft B 112, 02/2015

Bauen mit Stahl; Korrosionsschutz Feuerverzinken, in Düsseldorf, 11/01

Deutscher Ausschuss für Stahlbau; Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen, DASt-Richtlinie 022, 06/2016

Corrosion Science; Leuenberger-Minger, A.U.; Buchmann, B.; Faller, M.; Richner, P.; Zöbeli, M.; Dose-response functions for weathering steel, copper and zinc obtained from a four-year exposure programme in Switzerland, in Dübendorf, S. 676-687, 05/2001