Ungebundene Pflasterdecken und Plattenbeläge - Teil 1
ZTV Pflaster-StB 20 fordert den Nachweis der vollständigen FugenfüllungDauerhaft funktionsfähige ungebundene Pflasterdecken und Plattenbeläge benötigen eine vollständige Fugenfüllung. Maßgebend dafür ist eine sachgerechte Auswahl des Fugenmaterials und eine qualifizierte Bauausführung.
Abbildung 1: Hier ist eine ungebundene Natursteinpflasterdecke mit funktionsfähigen Fugen zu sehen.
© Dr.-Ing. Andreas Heiko Metzing
Abbildung 2: Eine ungebundene Betonsteinpflasterdecke mit geleerten Fugen und verschobenen Betonsteinen ist ersichtlich. Fugen haben sich verengt und auf der gegenüberliegenden Seite haben sie sich aufgeweitet.
© Dr.-Ing. Andreas Heiko Metzing
Gemäß DIN 18318 [1] müssen die Fugen nach dem Verdichten vollständig bis zum oberen Rand der Pflastersteine und Platten gefüllt sein. Nach ZTV Pflaster-StB 20 [2] ist Fugenmaterial zweimal einzubringen und zu verdichten. Abbildung 1 zeigt beispielhaft eine ungebundene Pflasterdecke mit allseits gesägten und aufgerauten Natursteinen und einer funktionsfähigen Fuge. In Abbildung 2 ist eine Detailaufnahme einer ungebundenen Pflasterdecke mit geleerten und verschobenen Betonpflastersteinen mit Abstandshilfen dargestellt; aufgrund nicht sachgerechter Fugenverfüllung sind Fugenentleerungen und Steinverschiebungen entstanden.
Der Auftragnehmer hat im Rahmen der Eigenüberwachung gemäß ZTV Pflaster-StB 20 [2] an der fertigen Leistung die Prüfung der vollständigen Fugenfüllung vorzunehmen. Nach DIN 18318 [1] müssen die Fugen nach dem Verdichten bis zur Oberfläche gefüllt sein.
Gemäß ZTV Pflaster-StB 20 [2], Kapitel 4.2.3 Prüfungen an der fertigen Leistung, hat der Auftragnehmer die vollständige Fugenfüllung im Rahmen der Eigenüberwachung als Nebenleistung nachzuweisen. Der Nachweis der vollständigen Fugenfüllung, welche gleichzeitig eine sachgerechte Verdichtung zur Folge haben muss, dient als Abnahme vor der Verkehrsfreigabe als technisch sinnvolle Abgrenzung und als Nachweis für eine sachgerechte Herstellung eines Belages. Im Rahmen der Verjährungsfrist streiten die am Bau Beteiligten oft über die Ursache der Fugenentleerungen. So ordnet der Auftraggeber die Fugenentleerung einer mangelhaften Herstellung zu, wohingegen der Auftragnehmer die Verantwortung mit der Begründung des Einsatzes von Reinigungsgeräten und einer fehlenden Fugenpflege durch den Auftraggeber auf der anderen Seite sieht. Bis zur Abnahme und demnach auch der Verkehrsfreigabe liegt die Nachweispflicht der mangelfreien Ausführung beim Auftragnehmer. Stellen sich Fugenentleerungen im Betrieb ein, so hat der Auftraggeber nachzuweisen, dass diese auf eine mangelhafte Ausführung zurückzuführen sind.
Bei ungebundenen Pflasterdecken und Plattenbelägen stellen sich häufig Fugenentleerungen ein, wobei diese in den überwiegenden Fällen in der Ausführung begründet sind. In der Praxis können unterschiedliche Arten von Fugenentleerungen auftreten; die Arten werden in Metzing, A. & Saathoff, F. [8] behandelt.
Hinreichende Stabilität gefordert
Die Prüfung der vollständigen Fugenfüllung gemäß ZTV Pflaster-StB 20 [2], sowie die gemäß DIN 18318 [1] geforderte Verdichtung der Fugenfüllung kann, durch die Fugensonde erbracht werden. Die Grundlagen für die Fugensondierungen wurden wissenschaftlich in Metzing, A. [11] erarbeitet. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde festgestellt, dass durch bloßes Einfegen und Einschlämmen des Fugenmaterials keine hinreichende Stabilität der ungebundenen Fugenfüllung entsteht, sondern eine hinreichende Lagerungsdichte nur durch eine Verdichtung (idealerweise mit Wasser) erzeugt werden kann (vgl. Metzing, A. [11], Abbildung 107). Unverdichtetes Fugenmaterial kann leichter aus den Fugen ausgetragen werden und/oder durch Nachverdichtung eine Absackung des Fugenmaterials als Ergebnis haben. Das System der Fugensondierungen hat sich mittlerweile in der Praxis bewährt. Bei einer rein optischen Prüfung der Fugenfüllung an der Oberfläche, aber auch über den Fugenquerschnitt, kann keine Aussage darüber getroffen werden, ob die Fugenfüllung über den gesamten Fugenquerschnitt vorhanden und verdichtet ist; demnach ist bei optischer Prüfung nicht bekannt, ob eine vollständig funktionsfähige Fuge vorliegt.
Abbildung 3: Das Fugendreieck – Es muss eine verfüllbare Fugenbreite vorliegen, die mit dem richtigen Fugenmaterial – ohne Brückenbildung – gefüllt werden kann. Die Verdichtung ist erforderlich, damit eine hinreichende Lagerungsdichte des Fugenmaterials erzeugt wird.
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Damit eine ungebundene Pflasterdecke und ein ungebundener Plattenbelag dauerhaft gebrauchstauglich sind, muss die Fugenfüllung sachgerecht sein. Damit die Funktionsfähigkeit im Betrieb gewährleistet werden kann, ist das Vorhandensein einer hinreichenden Fugenbreite, abgestimmt mit dem richtigen Fugenmaterial und der sachgerechten Verdichtung erforderlich. Das in Abbildung 3 dargestellte Fugendreieck beschreibt schemenhaft die drei notwendigen Teilaspekte für die Funktionsfähigkeit einer ungebundenen Pflasterdecke bzw. eines ungebundenen Plattenbelages. Durch die Fugensondierungen kann festgestellt werden,
ob Fugenmaterial in den Fugen ist und
das Fugenmaterial verdichtet wurde.
Prüfung mit der Fugensonde
Abbildung 4: Hier ist das Prüfgerät Fugensonde auf einer neu erstellten Betonsteinpflasterdecke zu sehen.
© Dr.-Ing. Andreas Heiko Metzing
Das Prüfgerät Fugensonde ist in Abbildung 4 ersichtlich. Die Prüfmethode der Fugensondierungen wird durch eine Nadelpenetration, welche in die ungebundenen Fugen ausgeführt wird, durchgeführt. Die Fugensondennadel wird über die an der Führungsstange befindlichen Grundplatte durch Auftreffen eines Gewichtes von 300 g aus einer definierten Fallhöhe von 30 cm belastet. Das Gewicht wird so oft angehoben und fallen gelassen, bis über eine elektronische Datenaufnahme nachgewiesen werden kann, dass die Nadel die Fuge vollständig durchdrungen hat. Die Eindringtiefe je Schlag (d.h. Gewicht fällt auf die Grundplatte) wird aufgezeichnet; zur Beurteilung der Lagerungsdichte der ungebundenen Fugenfüllung werden die Daten ausgewertet. Detailliertere Informationen können aus Metzing, A. [11] entnommen werden.
Beurteilungskriterien der Fugensonde
Als Nachweis für die sachgerechte Verdichtung wurde die Kennzahl der funktionsfähigen Fuge QFEinzel ermittelt. Die Kennzahl der funktionsfähigen Fuge beschreibt den technischen Fugenfüllungsgrad. Diese Kennzahl beschreibt damit den Teil einer Fuge, der aus technischer Sicht eine lastabtragende Funktion über eine Sondierstelle der Fläche besitzt. Die Kennzahl QFEinzel berechnet sich wie folgt:
QFEinzel: Kennzahl der funktionsfähigen Fuge
je Sondierstelle
h: Steindicke in [mm]
FugV: Fugenvertiefung in [mm]
Hs: Höchstwert in [mm]
Ms: Mittelwert in [mm]
Die Kennzahl QFEinzel gibt wieder, wieviel Prozent der gesamten Fugenhöhe funktionsfähig ist. Die Funktionsfähigkeit ergibt sich über die im Rahmen der Fugensondierungen ermittelten Messwerte. Die Grundlagen für die Beurteilung der Fugensondierungen sind aus Metzing, A. [11] aus wissenschaftlichen Untersuchungen und zahlreichen Anwendungsfällen in der Praxis ermittelt worden. Sie lauten und sind erfahrungsgemäß problemlos erreichbar:
Der zulässige Mittelwert einer Sondierung beträgt 4 mm (=mittlere Sondiereindringtiefe je Schlag und Sondierstelle).
Der zulässige Höchstwert einer Sondierung (=höchste Sondiereindringtiefe je Schlag und Sondierstelle) beträgt 8 mm (2 x Mittelwert).
Die maximale Fugenvertiefung darf 20 % der Steindicke nicht überschreiten.
Die Kennzahl QFEinzel ermittelt sich aus einer Addition der Fugenvertiefung, des Höchstwertes und des Mittelwertes. Diese Summe wird dann von der Steindicke subtrahiert. Die Begründung liegt darin, dass der Messwert der Fugenvertiefung einen nicht gefüllten und/oder einen lockeren Bereich des Fugenmaterials darstellt. Die Subtraktion des Höchst- und Mittelwertes wird durchgeführt, um die größten messtechnisch erfassten Eindringtiefen zu berücksichtigen. So ergeben große Höchst- und Mittelwerte automatisch eine geringere Höhe der funktionsfähigen Fuge als geringere Höchst- und Mittelwerte. Die Kennzahl QFEinzel gibt somit den technischen Fugenfüllungsgrad an, der mit der lastabtragenden Fugenfüllung gleichzusetzten ist.
Die Beurteilung der notwendigen Maßnahmen wird unter Berücksichtigung der in Tabelle 2 enthaltenen Parameter durchgeführt. Grundsätzlich wird über die Fugensondierungen festgestellt, ob das ungebundene Fugenmaterial verdichtet ist. Zur Beurteilung der notwendigen Maßnahmen werden die Kriterien gemäß Tabelle 1 als Grundlage verwendet.
Tabelle 1: Soll-Vorgaben Fugensondierungen sowie tolerierbare und nicht tolerierbare Abweichungen
© Dr.-Ing. Andreas Heiko Metzing
Die Beurteilung der notwendigen Maßnahmen wird auf Basis der in Tabelle 2 enthaltenen Parameter durchgeführt. Dabei ist zu beachten, dass die Empfehlung unter Berücksichtigung des jeweils negativsten Prüfwertes vorgenommen wird. Daraus ergibt sich die Klassifizierung der Grenzwerte für die Kennzahl funktionsfähige Fuge in Abhängigkeit von der Steindicke. Die Klassifizierungen der Grenzwerte sind für die Kennzahl QFEinzel und die Kennzahl QFges, wobei QFges der Mittelwert aus allen Einzelwerten QFEinzel ist, gleichzusetzten. Tabelle 2 zeigt die Klassifizierungen der Grenzwerte.
Tabelle 2: Klassifizierungen der Grenzwerte für die Kennzahl der funktionsfähigen Fuge
© Dr.-Ing. Andreas Heiko Metzing
Als Beurteilungsgrundlage werden sowohl die Kennzahl funktionsfähige Fuge Einzel- und Gesamtsondierung herangezogen. Für eine vollständig funktionsfähige Fuge müssen alle Messwerte die Anforderungen der Tabelle 2, Spalte 2, erfüllen. Für eine tolerierbare funktionsfähige Fuge müssen alle Messwerte der Fuge Tabelle 2, Spalte 3 eingehalten werden. Befinden sich Messwerte außerhalb des tolerierbaren Bereichs (siehe Tabelle 2, Spalte 4), so ist ein Nacharbeiten notwendig und/oder die Fugenfüllung ist nicht vollständig funktionsfähig
Baustellen-Kurzberichte
Im Rahmen der Fugensondierungen wird die Fugenbreite und das verwendete Stein- oder Plattensystem (z.B. Betonstein mit Abstandshilfen, Naturstein oder Pflasterklinker) dokumentiert. Anschließend werden je 1.000 m² 20 Fugensondierungen durchgeführt. Als Ergebnis wird die Kennzahl der funktionsfähigen Fuge ermittelt.
Nicht vollständige Fugenfüllung
Die Tabelle 3 beinhaltet die Berechnung der Kennzahl der funktionsfähigen Fugen QFEinzel in Spalte 8 (orange umrandet, Ermittlung gemäß Formel [1]); zur Vereinfachung sind in der Tabelle 3 nur 10 Messwerte eines Projektes dargestellt. Bei einem 14 cm dicken Stein liegt bei Werten QFEinzel ≥ 0,71 gemäß Tabelle 2 eine hinreichende Verdichtung der ungebundenen Fugenfüllung vor.
Tabelle 3: Berechnung der Kennzahlen der funktionsfähigen Fuge
© Dr.-Ing. Andreas Heiko Metzing
Abbildung 5: Darstellung der Fugensondierstelle S02 im Detail. Augenscheinlich ist die Fuge bis oben verfüllt.
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Die Ergebnisse in Tabelle 3 der Fugensondierungen zeigen, dass grundsätzlich keine vollständige Fugenfüllung gemäß ZTV Pflaster-StB 20 [2] und auch keine hinreichende Verdichtung der ungebundenen Fugenfüllung gemäß DIN 18318 [1] vorliegt und somit mit Fugenentleerung, Steinbewegungen und ggf. auch Steinverschiebungen im Betrieb zu rechnen ist. Ein Nacharbeiten vor Verkehrsfreigabe ist erforderlich. In Abbildung 5 ist beispielhaft die Sondierstelle S02 dargestellt; die Fugen sind unter Betrachtung der optischen Fugenfüllung bis Oberkanten gefüllt, wobei hohe Werte bei der Nadlpenetration zu verzeichnen waren (vgl. Tabelle 3, blaue Umrandung).
Vollständige Fugenfüllung
Die nachfolgende Tabelle 4 beinhaltet die Berechnung der Kennzahl der funktionsfähigen Fugen QFEinzel in Spalte 8 (orange umrandet, Ermittlung gemäß Formel [1]); zur Vereinfachung sind in der Tabelle 3 nur 10 Messwerte eines Projektes dargestellt. Bei einem 14 cm dicken Stein liegt bei Werten QFEinzel ≥ 0,71 gemäß Tabelle 2 eine hinreichende Verdichtung der ungebundenen Fugenfüllung vor.
Tabelle 4: Berechnung der Kennzahlen funktionsfähige Fuge
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Abbildung 6: Hier ist die ungebundene Natursteinpflasterdecke ersichtlich.
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Abbildung 7: Hier ist die Sondierstelle S08 im Detail zu sehen. Es wurde grobkörniger Fugenmaterial verwendet.
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Abbildung 8: Hier ist die Sondierstelle S10 im Detail zu sehen. Auch hier ist das Fugenmaterial grobkörniger Fugenmaterial.
© Dr.-Ing. Andreas Heiko Metzing
Die Ergebnisse in Tabelle 4 der Fugensondierungen zeigen, dass grundsätzlich eine vollständige Fugenfüllung gemäß ZTV Pflaster-StB 20 [2] und auch eine hinreichende Verdichtung der ungebundenen Fugenfüllung gemäß DIN 18318 [1] vorliegt. Die Sondierstelle S10 hat ergeben, dass hier die obere Fugenfüllung nicht verdichtet wurde (vgl. Tabelle 4, blaue Umrandung). Abbildung 6 zeigt den Gesamteindruck der ungebundenen Natursteinpflasterdecke. In Abbildung 7 ist die Sondierstelle S08 und in Abbildung 8 ist die Sondierstelle S10 im Detail dargestellt.
Fazit
Eine rein optische Bewertung der Fugenfüllung ist zur Bewertung der Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit nicht hinreichend.
Durch die Fugensondierung kann der Nachweis der vollständigen Fugenfüllung gemäß ZTV Pflaster-StB 20 [2] sowie die gemäß DIN 18318 [1] geforderte Verdichtung der Fugenfüllung erbracht werden.
Mit dem Einsatz der Fugensonde zur Abnahme findet eine klare Abgrenzung der Bauleistung statt, so dass Streitigkeiten über Fugenentleerung im Betrieb ausbleiben bzw. aufgeklärt werden können.
Im Schadensfall können durch den Einsatz der Fugensonde die Ursachen für eine aufgetretene Fugenentleerung ausgemacht werden.
Bei Planung und Ausführung ist je nach Stein-/Plattensystem auf die richtige Fugenbreite und das richtige Fugenmaterial zu achten.
Dr.-Ing. Andreas Heiko Metzing
Literaturverzeichnis
[1] DIN 18318, VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen, Teil C, Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV), Pflasterdecken und Plattenbeläge, Einfassungen, Ausgabe September 2019, Herausgeber: Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin
[2] ZTV Pflaster-StB 20, Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien zur Herstellung von Verkehrsflächen mit Pflasterdecken, Plattenbelägen sowie von Einfassungen, Ausgabe 2020 Herausgeber: Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.V., Köln
[3] Merkblatt für Flächenbefestigungen mit Pflasterdecken und Plattenbelägen in ungebundener Ausführung sowie Einfassungen, M FP R2, Ausgabe 2015, Herausgeber: Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.V., Köln
[4] Merkblatt für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächen mit Pflasterdecken, Platten- und Großformatbelägen sowie Einfassungen, M BEP R2, Ausgabe 2022, Herausgeber: Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.V., Köln
[5] RStO 12 – Richtlinie für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen, Ausgabe 2012, Herausgeber: Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.V., Köln
[6] RVS 08.18.01 Technische Vertragsbedingungen Pflasterarbeiten, Randbegrenzungen, Pflasterstein- und Pflasterplattendecken, Randeinfassungen, Ausgabe 2020, Herausgeber: Österreichische Forschungsgesellschaft Straße – Schiene – Verkehr
[7] Metzing, A. & Saathoff, F.: Ungebundene Pflasterdecken und Plattenbeläge, Funktion und Ausbildung der ungebundenen Fugenfüllung, Ausgabe 11/2010, Zeitschrift Tiefbau, Hochbau, Ingenieurbau, Straßenbau Bauverlag BV GmbH, Gütersloh
[8] Metzing, A. & Saathoff, F.: Fugenentleerung - Ursachen und Folgen - Ungebundene Pflasterdecken und Plattenbeläge, Ausgabe 10/2017, Zeitschrift Tiefbau, Hochbau, Ingenieurbau, Straßenbau Bauverlag BV GmbH, Gütersloh.
[9] Metzing, A. & Saathoff, F.: Verdichtung von ungebundenen Pflasterdecken und Plattenbelägen - Nachweis der Anfangsstabilität bei neu errichteten Flächen mit Fugensonde, Ausgabe 12/2017, Zeitschrift Tiefbau, Hochbau, Ingenieurbau, Straßenbau Bauverlag BV GmbH, Gütersloh.
[10] Metzing, A. & Saathoff, F.: Funktion der ungebundenen Fuge bei Pflasterdecken und Plattenbelägen, Ausgabe 01/2018, Zeitschrift Tiefbau, Hochbau, Ingenieurbau, Straßenbau Bauverlag BV GmbH, Gütersloh
[11] Metzing, A.: Verdichtung von ungebundenen Pflasterdecken und Plattenbelägen – Untersuchungen zur Lagerungsdichte des Fugenmaterials, Ausgabe 2020, Band 97, Universität Rostock
