WU-Konstruktionen

INHALTE DES BEITRAGS

Neue WU-Richtlinie
Planungsgrundlagen alt und neu
Entwurfskonzepte detaillierter
Fugengestaltung als Herausforderung
Beispiele aus der Praxis
Literatur

Nach der DAfStb-Richtlinie „Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton“ (2003) [1] wird folgende Definition vorgenommen: „Wasserundurchlässige (WU-) Betonbauwerke sind Konstruktionen, die ohne zusätzliche äußere flächige Abdichtung erstellt werden und allein auf Grund des Betons und konstruktiven Maßnahmen wie Fugenabdichtung und Rissbreitenbegrenzung einen Wasserdurchtritt in flüssiger Form verhindern.“ Damit wird die „Weiße Wanne“ beschrieben, ein Bauteil aus Beton ohne zusätzliche Abdichtung.

Ein Beton mit hohem Wassereindringwiderstand, der als „WU-Beton“ bezeichnet wird, wird in der DIN EN 206-1/DIN 1045-2 (2008) anhand der Beton-Werte definiert:

• bei Bauteildicken über 0,40 m: w/z ≤ 0,70
• bei Bauteildicken bis 0,40 m: w/z ≤ 0,60 bei einem Zementgehalt von mindestens 280 kg/m³ (bei Anrechnung von Zusatzstoffen: 270 kg/m³)

Zudem ist die Mindestdruckfestigkeitsklasse C25/30 einzuhalten.

Bei diesen Begriffsdefinitionen handelt es sich um sehr unterschiedliche Ansätze. In den folgenden Ausführungen werden die WU-Konstruktionen betrachtet, die mit einem WU-Beton hergestellt werden müssen. Bei diesen WU-Betonbauwerken müssen nach DAfStb-Richtlinie („WU-Richtlinie“) Anforderungen erfüllt werden, die wesentlich über die reine Betonherstellung hinausgehen. Diese werden bereits in vielen Details in der Planung geschaffen, die entsprechend in die Ausführung überführt werden müssen.

Neue WU-Richtlinie

Inzwischen wurde die WU-Richtlinie [2] umfassend überarbeitet. Das Konzept der Richtlinie hat sich nicht verändert, jedoch ist eine Vielzahl an Erfahrungen der letzten Jahrzehnte eingeflossen. Zudem wurden WU-Dächer aufgenommen. Auch die Erläuterung zur Richtlinie [3] soll für die überarbeitete Richtlinie wieder erscheinen.

Die neue WU-Richtlinie [2] definiert WU-Betonkonstruktionen wie folgt: „Wasserundurchlässige Betonkonstruktionen übernehmen (…) sowohl die lastabtragende und in Kombination mit einer Fugen- und Rissabdichtung auch allein die abdichtende Funktion auch ohne zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen. Die Richtlinie enthält Regelungen und Anforderungen zur Begrenzung des Feuchtetransportes über die Bauteildicken (durch den Beton, durch Fugen, Einbauteile und Risse) bei ständig oder zeitweise drückendem Wasser oder bei Bodenfeuchtigkeit und an der Wand außen ablaufendem Wasser.“

Das System ohne zusätzliche Abdichtung wird auch in Zukunft im Regelwerk verfolgt, um den Feuchtetransport im Bauteil zu minimieren und den Trocknungsvorgang zu ermöglichen. Weiter sind zwar die Aussagen zur Planung ausgebaut worden, Hinweise zum Baustoff „Beton“ wurden jedoch kaum überarbeitet. Auch im Ausführungsteil ist wenig geändert worden.

Planungsgrundlagen alt und neu

Nach der WU-Richtlinie (2003) sind nachfolgend aufgeführte Planungsaufgaben erforderlich. Diese werden detailliert in den entsprechenden Abschnitten der Richtlinie und insbesondere in der der Erläuterung zur Richtlinie [3] beschrieben.

a. Ermittlung des Bemessungswasserstands
b. Ermittlung der Beanspruchungsklasse
c. Festlegung der Nutzungsklasse
d. Bestimmung der Mindestwanddicken
e. Druckgefälle i berechnen
f. Konstruktion hinsichtlich Zwang optimieren; Rissbreiten begrenzen
g. Fugensystem, -aufteilung festlegen
h. Einbauteile; Durchdringungen (Abdichtungen)
i. bauphysikalische Anforderungen der Nutzung

Die erforderlichen Planungsschritte zur Erzielung der Wasserundurchlässigkeit werden in der überarbeiteten Richtlinie mit qualitativen oder quantitativen Festlegungen zur Begrenzung des Wasserdurchtritts durch Beton, Fugen, Einbauteile und Risse aufgeführt. Im Detail sind nachfolgende Schritte notwendig [3]:

a. Bedarfsplanung im Hinblick auf die Nutzung des Bauteils
b. Festlegung der Beanspruchungsklasse und gegebenenfalls Berücksichtigung angreifender Wässer und Böden
c. Festlegung der Nutzungsklassen und des Nutzungsbeginns
d. bauteilbezogene Wahl eines Entwurfsgrundsatzes
e. Festlegen der aus den Entwurfsgrundsätzen folgenden konstruktiven, betontechnischen und ausführungstechnischen Maßnahmen
f. Planung von Bauablauf, Betonierabschnitten, Arbeitsfugen einschließlich der erforderlichen Qualitätssicherungsmaßnahmen
g. Wahl von Bauteilabmessungen, Bewegungsfugen, Sollrissfugen
h. Bemessung und Bewehrungskonstruktion
i. Planung von Einbauteilen und Durchdringungen
j. Planung des geschlossenen Fugenabdichtungssystems
k. Planung und Ausschreibung der Abdichtung für alle planmäßigen und unplanmäßigen Trennrisse
l. Dokumentation aller relevanten Festlegungen und Entscheidungen in der Planung und Weitergabe an alle Beteiligten (WU-Konzept)
m. Beschreibung der für die Nutzung möglicherweise folgenden Einschränkungen (z. B. wasserführende Risse, Annahmen für den Zeitraum und die Bedingungen für die Selbstheilung)

Die bekannten Begrifflichkeiten der Richtlinie wurden beibehalten.

Der Bemessungswasserstand ist aus den Protokollen einer (notwendigen) Baugrunduntersuchung zu entnehmen. Diese Untersuchungen stehen am Anfang der Planungskette. Aus Kostengründen sollte darauf nie verzichtet wer – den, auch wenn in einem nahe gelegenen Gebiet bereits ein Gutachten erstellt wurde. Baugrunduntersuchungen stellen einen minimalen Teil der Baukosten dar und könnten später zu vielfach höheren Kosten führen.

Wichtige Aspekte sind bei der WU-Konstruktion die Beanspruchungs- und Nutzungsklasse. Insbesondere bei der Nutzungsklasse ist der spätere Eigentümer/ Nutzer gefragt. Hier ist ausschlaggebend, welche Nutzung zum Nutzungsbeginn vorliegen wird. Später geänderte Ansprüche können in der Planung der ersten Nutzung nicht berücksichtigt werden.

Unterschieden wird sowohl nach der alten als auch nach der neuen WU-Richtlinie in die Nutzungsklassen A und B. Die Nutzungsklasse beschreibt die Art der Nutzung sowie die Anforderungen an das Raumklima und den Feuchtezustand der Bauteiloberfläche während der vorgesehenen Nutzungsdauer. Bei der Nutzungsklasse A ist ein Wasserdurchtritt in flüssiger Form nicht zulässig und damit auch keine Feuchtestellen auf der luftseitigen Betonoberfläche. Bei der Nutzungsklasse B hingegen sind Feuchtstellen zulässig als Folge des Wasserdurchtritts sowie Dunkelfärbungen und Wasserperlen. Nicht zulässig ist ein Wasserdurchtritt, der zum Ablaufen des Wassers und Tropfen an den Bauteilen führt. In beiden Nutzungsklassen ist eine Tauwasserbildung möglich. Soll dies unterbunden werden, sind entsprechende bauphysikalische und raumklimatische Maßnahmen durchzuführen. Bei einer hochwertigen Nutzung der Räume wird auf das DBV-Merkblatt „Hochwertige Nutzung von Untergeschossen“ [4] verwiesen.

Für die Beanspruchungsklasse werden für die verschiedenen Ausführungsarten (Ortbeton, Elementwände und Fertigteil) Mindestwanddicken empfohlen. Bei der Festlegung der Dicken der Decken und Wände ist darauf zu achten, dass die Betonierbarkeit auch gegeben ist.

Da die Mindestwanddicken in der Vergangenheit teilweise weit überschritten wurden, wird in der neuen WU-Richtlinie deren Begrenzung bis zu 15 % breiter als die Mindestdicke empfohlen. Bei deren Umsetzung sind u. a. die betontechnologischen Randbedingungen im Hinblick auf den w/z- Wert zu berücksichtigen. Mit Kenntnis der Wand- und Plattendicken können dann das Druckgefälle i sowie die zulässigen Trennrissbreiten ermittelt werden.

Entwurfskonzepte detaillierter

Um einen Wassertransport durch Risse zu vermeiden, werden laut WU-Richtlinie aus dem Jahr 2003 drei Entwurfsgrundsätze vorgeschlagen. Diese lauten:

a. Vermeidung von Trennrissen
b. Begrenzung der Trennrissbreite unter Nutzung der Selbstheilung der Risse
c. Begrenzung der Trennrissbreite nach Eurocode

Der Entwurfsgrundsatz a) ist das hochwertigste Konzept. Hier sind konstruktive (u. a. Flachgründung, Vermeidung von Bodenreibung, Verwendung von PE-Folie) sowie betontechnologische Maßnahmen (z. B. Verwendung eines Zements mit niedriger Hydratationswärmeentwicklung sowie geringem Zementgehalt und niedrigen Frischbetontemperaturen) zur Vermeidung von Zwängen zu berücksichtigen. Auch wenn diese eingehalten werden, ist eine qualitätsgerechte Bauausführung erforderlich, u. a. eine ausreichende Nachbehandlung.

Die zulässigen Trennrissbreiten bei wasserundurchlässigen Bauwerken liegen zwischen 0,10 und 0,20 mm. Unter der Voraussetzung der Selbstheilung des Betons wird ein Wasserdurchtritt unterbunden. Verantwortlich für die Selbstheilung von Rissen, welche im Entwurfskonzept b) genutzt wird, ist im Wesentlichen die Neubildung von Calciumcarbonat an den Rissflanken. Die Calcitkristalle erreichen annähernd die Größe der Rissbreite. Der Prozess findet in den ersten Wochen nach dem Betoneinbau statt, so dass dann kein Wasser z. B. durch die Wand dringen kann. Alle Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit mit einer Selbstheilung zu rechnen ist.

Beim Entwurfskonzept c) wird davon ausgegangen, dass wenige Risse mit größeren Rissbreiten auftreten können und diese entsprechend abgedichtet werden müssen. Im Entwurfskonzept ist das Abdichten der wasserführenden Risse zu berücksichtigen und zu planen. Die Grundlage für die Abdichtung und das Schließen von Rissen und Fehlstellen bildet derzeit die Instandhaltungsrichtlinie aus dem Jahr 2001 [5].

Diese drei bekannten Entwurfskonzepte sind in der neuen WU-Richtlinie modifiziert worden. Sie lauten nun:

a. Vermeidung von Trennrissen durch die Festlegung von konstruktiven, betontechnischen und ausführungstechnischen Maßnahmen
b. Festlegung von Trennrissbreiten, die so gewählt werden, dass bei Beanspruchungsklasse 1 der Wasserdurchtritt durch Selbstheilung begrenzt wird
c. Festlegung von Trennrissbreiten in Kombination mit im Entwurf vorgesehenen planmäßigen Dichtmaßnahmen

Gerade das Entwurfskonzept c) war im Hinblick auf die Kosten für eine nachträgliche Abdichtung der entstandenen Risse kaum einschätzbar und planbar. Nach der derzeit geführten Diskussion wird jedoch davon ausgegangen, dass sich das Entwurfskonzept c) als Standard etablieren wird.

Für alle Entwurfsgrundsätze sind planmäßig Dichtmaßnahmen für unerwartet entstandene Trennrisse bzw. für Trennrisse, deren Breite über dem entwurfsmäßig festgelegten Wert liegt, vorzusehen. Dichtmaßnahmen sind auch dann für alle weiteren Bauteile mit den Anforderungen an die Wasserundurchlässigkeit vorzusehen, wenn die Kriterien der vereinbarten Nutzungsklasse des Bauwerks nicht erreicht werden können. Zur Umsetzung von Dichtmaßnahmen werden seit mehreren Jahren (in bestimmten Regionen häufig) sogenannte Frischbetonverbundfolien eingesetzt.

Fugengestaltung als Herausforderung

Fugen gehören generell zu den Betonbauteilen. Der Planer ist verantwortlich von A wie Abdichtungskonzept bis Z wie Zulassungen, die für bestimmte Fugensysteme erforderlich sind. Eine Fugenplanung umfasst die eindeutige Benennung eines Abdichtungselements und eine konsequente lückenlose Durcharbeitung von sich kreuzenden Fugen verschiedener Kategorien. In dieser Planungsphase sollte zudem die „Machbarkeit“ in der Bauausführung beachtet werden. Auch die Dichtelemente sind auf die Belange der Bauausführung abzustimmen, soweit diese Einfluss auf die Abdichtung haben können (z. B. Auswahl geeigneter Abstandhalter zum Schutz der Fugenabdichtung sowie Möglichkeiten für eine ausreichende Einbettung eines Dichtelements, um Fehlstellen zu vermeiden). Auf die Fugengestaltung kommt es an, denn Wasser soll nicht durchdringen!

Beispiele aus der Praxis

Fall 1: Änderung einer WU-Konstruktion und mögliche Folgen

Ein wasserundurchlässiger Keller eines Einfamilienhauses wurde fachgerecht ausgeführt. Die Mindestwanddicken wurden nach den vorgelegten Dokumentationen eingehalten. Der Beton wies keine Auffälligkeiten auf und erfüllte die Anforderungen für WU-Beton. Feuchtestellen waren im Keller nicht sichtbar.

Noch in der Bauphase zeigte sich, dass Elektroleitungen im Keller des Hauses nicht fachgerecht verlegt worden sind. Es wurde notwendig, zusätzliche Elektroinstallationen vorzunehmen. Die Verlegung von Leitungen auf der Oberfläche wurde ausgeschlossen. Ein Elektriker wurde mit der Neuverlegung beauftragt. Vermutlich ohne besondere Hinweise an den Ausführenden zur Baukonstruktion des Kellers begannen die Arbeiten. Die Schlitze zur Aufnahme der Leitungen wurden in die aufgehenden Wänden der WU-Konstruktion eingebracht. Diese lagen kurz über dem Bodenaufbau. Eine Detailaufnahme der geschlossenen Schlitze zeigt Bild 3.

Für diesen Keller war die Nutzungsklasse A festgelegt worden. Dies bedeutet, dass kein Feuchtetransport durch das Bauteil zulässig ist und damit keine feuchten Stellen an der Bauteiloberfläche erlaubt sind.

Bei Einbauteilen, die z. B. für Elektro- und Sanitärinstallationen erforderlich sind, darf die Mindestdicke von 200 bzw. 240 mm entsprechend der ausgeführten Bauweise nicht unterschritten werden. Idealerweise werden diese Einbauten bereits in der Planung berücksichtigt und entsprechende Dichtungsmaßnahmen vorgesehen. Die Wanddicke der Bauteile ließ in diesem Fall eine Schlitztiefe von 100 mm zu. Aussagen, wie solche Schlitzungen ausgeführt werden sollten, sind in den Betonregelwerken nicht angegeben. Auszugehen ist aber stets davon, dass eine fachgerechte Ausführung ohne Änderung des Konstruktionsprinzips zu erfolgen hat.

Als kritisch zu sehen war hier, dass die Schlitzungen kurz über dem Anschluss zwischen Wand und Bodenplatte erfolgten. Wenn dieser Anschlussbereich beim Fugen- und Betoneinbau nicht fachgerecht umhüllt wird, stellt er eine wesentliche Fehlerquelle bei WU-Konstruktionen dar. Bei Elementwänden gilt dies umso mehr, da der Beton zwischen den beiden Fertigteilplatten, die in der Regel eine Dicke von nur 40 bis 70 mm aufweisen, vor Ort eingebracht wird.

Im vorgestellten Beispiel waren die Schlitze nicht fachgerecht verschlossen worden. Sichtbar waren zahlreiche Fehlstellen. Weiterhin wurde die Verwendung von Gipsspachtel als kritisch angesehen, da dieses Material dazu neigt, Feuchtigkeit aufzunehmen. Die WU-Richtlinie sieht das Verschließen von Fehlstellen und Rissen vor, wenn Feuchtigkeit eindringt. Dazu wird auf die DAfStb-Richtlinie „Schutz und Instandsetzen von Betonbauteilen“ [5] zurückgegriffen. Da die hergestellten Schlitze „Fehlstellen“ darstellten, auch wenn keine Feuchtigkeit durchdringt, hätten die Festlegungen der Instandsetzungsrichtlinie berücksichtigt werden müssen. Darin werden zum Schließen von Fehlstellen in Betonbauteilen Mörtel und Betone vorgegeben. Bei deren Verwendung und dem fachgerechten Schließen kann von einem dauerhaften Bauteil ausgegangen werden.

Fazit: Aus einem mangelfreien wurde ein mangelbehaftetes Bauteil. Eine ausreichende Planung im Hinblick auf die Nutzung der Kellerräume hätte eine mangelfreie Ausführung ermöglicht. Werden z. B. Fehlstellen und Risse zu einem späteren Zeitpunkt geschlossen, sind diese qualitäts- und fachgerecht zu verschließen, so dass kein Wasserdurchtritt möglich ist. Stets sind die aktuellen Regelungen zur Instandsetzung von Betonbauteilen zu beachten.

Fall 2: Tiefgarage mit „wasserdurchlässiger“ Bauweise

In der Tiefgarage eines Wohnhauses konnte der Laie bereits im Zuge der ersten Nutzung nach Regenfällen feststellen, dass die Dichtigkeit des Bauwerks in bestimmten Bereichen nicht gegeben war. Deshalb wurden, so wie es die WURichtlinie vorsieht, an den wasserdurchlässigen Bereichen Injektionsarbeiten durchgeführt. Nach kurzer Zeit stellte sich der alte Zustand wieder ein. Nicht nur im Anschlussbereich zwischen Bodenplatte und Wänden trat das Wasser durch die Bauteile, sondern nun auch durch die Kellerfenster. Der vorgefundene Zustand ist im Bild 4 zu sehen.

In den Baugrunduntersuchungen wurde zur ständigen Trockenhaltung des Gebäudes aufgrund des anstehenden schwer durchlässigen Geschiebelehms eine Abdichtung nach der damals gültigen DIN 18195-9 oder eine andere Art der Abdichtung bzw. Bauweise gegen aufstauendes Sickerwasser empfohlen. Für die Bauausführung wurde eine „Weiße Wanne“ gewählt und berechnet. Hinsichtlich der Beanspruchung wurde wegen des möglichen drückenden Wassers die Klasse 1 sowie die Nutzungsklasse B gewählt. Die Ausführung erfolgte mit Halbfertigteilen, die eine Dicke von 240 mm aufwiesen und vor Ort mit einem Kernbeton gefüllt wurden. Gewählt wurde für diesen Fall ein C25/30, da in der Ausführungsplanung nur die Expositionsklassen XC4 und XF1 angeben wurden. Es war zu vermuten, dass tatsächlich nur ein C25/30 als Kernbeton verwendet wurde. In dem vorliegenden Fall hätte ein Beton mit einem w/z-Wert von 0,55 verwendet werden müssen. Eingebaut wurden nach der Dokumentation zudem Fugenbleche an den Bauteilübergängen Bodenplatte/ Wand. Eine weitere Abdichtung erfolgte im Außenbereich im erdberührenden Bereich nicht.

Halbfertigteile werden im Fertigteilwerk in hoher Qualität hergestellt, doch die Ausführung vor Ort erweist sich oft als schwierig. Zum Beispiel wird der Anschluss zur Bodenplatte nicht dicht, da Fehlstellen vorhanden sind (z. B. weil Fugenbleche nicht ausreichend mit Beton umhüllt werden), die Betonmischung nicht verdichtet oder sich der Beton mit einer Fallhöhe von mehr als 1 m entmischt.

Schon augenscheinlich war hier gut erkennbar, dass die vereinbarte Nutzungsklasse B nicht vorlag. Es zeichneten sich Wasserperlen an der Betonoberfläche ab, und es bildeten sich Wasserpfützen am Boden der Tiefgarage nach dem Wasserdurchtritt im Anschlussbereich. Die Pfützenbildung war nicht auf die eingetragene Feuchtigkeit durch die Fahrzeuge zurückzuführen.

Seitens der Nutzer wurde auf eine Ursachenuntersuchung verzichtet und der Auftrag zum Verpressen der Undichtigkeiten ausgelöst. Dies geschieht nun in regelmäßigen Abständen.

Fazit: Die Hinweise aus den Baugrunduntersuchungen sind stets zu berücksich-tigen und eventuell noch detaillierter zu untermauern bzw. zu hinterfragen. Bei Elementwänden mit vor Ort eingebrachtem Beton ist auf eine fachgerechte Ausführung zu achten, dies bedeutet, dass der richtige Beton gewählt und dieser so eingebaut wird, dass eine Einbindung der Abdichtungselemente gewährleistet wird. So soll die Dichtigkeit der Konstruktion unabhängig von der Nutzungsklasse erreicht werden. Bei auftretenden massiven Wasserdurchtritten sollten Bauwerksuntersuchungen durchgeführt werden, um die Fehlstellen zu erfassen. Die Instandsetzung sollte qualitätsgerecht ausgeführt und nicht als eine wiederkehrende Maßnahme betrachtet werden. Diese ist nicht Inhalt einer ständigen Wartung.

Fall 3: Bodenplatte mit besonderen Anforderungen

Im vorliegenden Beispiel lag ein Baugrund vor, der ausgetauscht wurde. Aus Sicherheitsgründen wurde die Verwendung eines flüssigkeitsdichten Betons nach der DAfStb- Richtlinie [6] verlangt, so dass ein Eindringen von wassergefährdenden Stoffen durch den Beton und die Konstruktion nicht möglich wird. Bei der Ausführung des Kellers wurde auf eine Abdichtung von außen verzichtet.

Neben der ausgeführten WU-Konstruktion wurde ein flüssigkeitsdichter Beton mit der Druckfestigkeitsklasse C45/55 bzw. C50/60 verwendet. Die Bodenplatte wies eine Dicke von 80 cm auf, so dass die Anforderungen an ein massiges Bauteil vorlagen. Ein Ausschnitt der Bewehrungslage des Kellers ist in Bild 5 zu sehen. Allein aus der Bewehrungslage ist erkennbar, dass sich ein Betoneinbau als schwierig erweisen wird. Inwieweit die hohe Druckfestigkeitsklasse notwendig war, konnte nicht nachvollzogen werden. Denn solch hohe Druckfestigkeiten führen verstärkt zu Rissbildung im Beton.

Fazit: Das Beispiel zeigt, welche Anforderungen gleichzeitig auftreten können und berücksichtigt werden müssen.