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Vorlesungsskript Straßenbau II - Technische Universität Kaiserslautern
Richard Lutz Martin Haag Vorlesungsskript Straßenbau II -Entwurf- Institut für Mobilität & Verkehr Institute for Mobility & Transport Technische Universität Kaiserslautern Paul-Ehrlich-Straße 14 D-67663 Kaiserslautern www.imove-kl.de [email protected] Bearbeitung Richard Lutz Martin Haag Matthieu Boullie Michael Barthel Thomas Ruppert Kaiserslautern August 2008 Inhaltsverzeichnis Vorlesungsskript konstruktiver Straßenbau II 1 2 Straßenbaustoffe .................................................................................................................................. 1-1 1.1 Gesteine ........................................................................................................................................... 1-1 1.1.1 Unterteilung .............................................................................................................................. 1-1 1.1.2 Anforderungen an Mineralstoffe:........................................................................................... 1-3 1.1.3 Regelwerk Gestein:................................................................................................................. 1-4 1.2 Bitumen............................................................................................................................................. 1-6 1.3 Hydraulische Bindemittel ............................................................................................................... 1-9 Straßenoberbau ..................................................................................................................................... 2-9 2.1 Regelwerke ...................................................................................................................................... 2-9 2.2 3 4 5 6 Tragschichten ................................................................................................................................ 2-11 2.2.1 Ungebundene Tragschichten .............................................................................................. 2-13 2.2.2 Tragschichten mit hydraulischen Bindemittel.................................................................... 2-16 2.2.3 Asphalttragschichten ............................................................................................................ 2-20 2.3 Frostschutzschichten .................................................................................................................... 2-24 2.4 Fahrbahndecken ........................................................................................................................... 2-25 2.4.1 Asphaltdecken ....................................................................................................................... 2-25 2.4.2 Betondecken .......................................................................................................................... 2-30 Herstellen von Straßen ............................................................................................................................1 3.1 Geräte für den Betoneinbau ..............................................................................................................1 3.2 Umweltbedingungen ....................................................................................................................... 3-1 3.3 Bauverfahren ................................................................................................................................... 3-1 Oberflächeneigenschaften ................................................................................................................. 4-3 4.1 Ebenheit ........................................................................................................................................... 4-3 4.2 Rauheit ............................................................................................................................................. 4-4 4.3 Griffigkeit .......................................................................................................................................... 4-4 4.4 Lärmemissionen .............................................................................................................................. 4-4 4.5 Helligkeit ........................................................................................................................................... 4-5 Qualitätssicherung im Straßenbau .................................................................................................. 5-1 5.1 Eignungsprüfungen ......................................................................................................................... 5-1 5.2 Eigenüberwachung ......................................................................................................................... 5-1 5.3 Kontrollprüfungen ............................................................................................................................ 5-2 Erhaltung von Straßen ........................................................................................................................ 6-1 6.1 Instandhaltung ................................................................................................................................. 6-1 6.2 Instandsetzung ................................................................................................................................ 6-1 6.3 Erneuerung / Straßensanierung.................................................................................................... 6-5 Straßenbaustoffe - 1-1 - 1 Straßenbaustoffe 1.1 Gesteine 1.1.1 Unterteilung ▪ alle in der Natur vorkommenden Gesteine ▪ künstlich hergestellte Steine Gesteine: Gesteinskörnung natürliche künstliche gebrochen ungebrochen industrielle Nebenprodukte Recycling-Baustoffe ▪ Fels ▪ Schotter ▪ Splitt ▪ Kies ▪ Sand ▪ Hochofenschlacke ▪ RC-Baustoff ▪ Hüttensand ▪ Ausbauasphalt ▪ Stahlwerksschlacke ▪ Betonabbruch ▪ Hausmüllverbrennungsasche Leichtbaustoffe Bims Blähton Begriffe: Mineralien Gesteine/Gesteinskörnung Mineralstoffe = Zuschlagsstoff TL-Gestein StB Boden DIN 18196 Weitere Begriffe: ▪ Kornklasse ▪ Korngruppe/Lieferkörnung ▪ Unterkorn ▪ Überkorn ▪ Grobe Gesteinskörnung ▪ Feine Gesteinskörnung ▪ Gesteinskörnungsgemisch ▪ Feinanteil ▪ Füller ▪ Mischfüller ▪ Fremdfüller ▪ Korngrößenverteilung ≤ 0,063mm ≤ 0,063mm Straßenbaustoffe - 1-2 - Bedarf: 1 m² Straße: 900 – 1.800 kg Mineralstoffe Asphaltbefestigung 95 % Mineralstoffe Vorkommen: - Auswurfgesteine - Erstarrungssteine - Ablagerungssteine - Umwandlungsgesteine Gewinnung: Sprengen, Bohren, Brechen, Sieben → Felsgestein Baggern, Sieben, Waschen → Kies Steinbruch, Ausbaumaterial, industrielle Nebenprodukte Wichtig: gleichbleibende Qualität ▪ Gewinnung ▪ Beschaffenheit ▪ Aufbereitung ▪ Zusammensetzung → hat entscheidenden Einfluss auf Lebensdauer der Straße Anforderungen/Regelwerke: Veraltet neue Normen und Richtlinien beachten! TL Min-StB 2000 TP Min-StB RG Min Richtlinien für die Güteüberwachung 1993/2000 seit 01.06.2004 TL Gestein-StB 2004 europäische Norm TL SoB-StB Technische Lieferbedingungen für Baustoffgemische und Böden zur Herstellung von Schichten ohne Bindemittel im Straßenbau TLB SoB-StB Teil Güteüberwachung Beanspruchung beim Straßenbau und -betrieb: → Herstellung → Trocknen vor Mischvorgang für Asphalt → 400°C → Einbau → Walzen Vibration, Druck, Schlag → Witterung → Wasser, Frost → Kornzerstörung → Bindemittelabtrennung → Verkehr → Abrieb, Kraftübertragung, Druck, Schub → Verschmutzung → Schadstoffeintrag (Öl, Treibstoff, Tausalz, Sole) Straßenbaustoffe - 1-3 - 1.1.2 Anforderungen an Mineralstoffe: Allgemein: - Gewinnung und Aufbereitung -> gleichbleibende Eigenschaften - stoffliche Kennzeichnung -> gesteinskundliche Merkmale - Rohdichte und Porigkeit - Wassergehalt -> Proctordichte, opt. Wassergehalt -> Lieferwassergehalt bei Gesteinskörnungen ≥ 0,09 mm - Widerstandsfähigkeit gegen Verwitterung - Frostbeständigkeit -> Wasseraufnahmegrad ≤0,5 % -> Unterschied zw. den Schlagzertrümmerungswerten vor und nach dem Frostversuch ≤ 3 M. % - Raumbeständigkeit Qellen, Zerfallen, Lösen, chem. Umsetzung - Widerstandsfähigkeit gegen Schlag Splitt und Kies Splitt und Kies SZ 8/12 - Widerstandsfähigkeit von Splitt oder Kies 8/12.5 mm gegen Zertrümmerung beim Schlagversuch → repräsentativ Schotter: SO 10 Widerstandfähigkeit von Schotter 35/45 mm gegen Zertrümmerung beim Schlagversuch → repräsentativ - Druckfestigkeit - Widerstandsfähigkeit gegen Polieren (Polierresistenz) → PSV Polished Stone Value am Splitt 8/10 mm → repräsentativ - Widerstandsfähigkeit gegen Hitzebeanspruchung Straßenbaustoffe - 1-4 - - Haftung zwischen Gesteinskörnung und Bitumen - Korngrößen, Korngrößtenverteilung, Unter- und Überbau - Kornform Verhältnis von Länge zu Dicke größer als 3 : 1 - Anteil an gebrochenen Körnern Schotter, Splitt und Edelsplitt ≥ 90 Masse % - Anteil an abschlämmbaren Bestandteilen > 0,063 mm Gesteinskörnung: - Natürliche Gesteinskörnung - industriell hergestellte Gesteinskörnung - Rezyklierte Gesteinskörnung - Kornklasse - Korngruppe / Lieferkörnung - Unterkorn - Überkorn - Grobe Gesteinskörnung - Feine Gesteinskörnung - Gesteinskörnungsgemisch - Feinanteil ≤ 0,063 mm - Füller ≤ 0,063 mm - Mischfülle - Fremdfüller - Korngrößenverteilung Begriffe: 1.1.3 Regelwerk Gestein: TL-Gestein 2004, Fassung 2007 - Füller, Feinanteile, Gesteinsmehl ≤ 0,063 mm ‚Sieb Gesteinskörnung früher 0,09 mm - Brechsand - Natursand → Unterscheidung durch Fließkoeffizient → keine begriffliche Trennung Anforderung nach TL-Gestein - Stoffliche Kennzeichnung → gesteinskundliche Merkmale → Rohdichte → Schüttdichte - Wassergehalt (Auszug) Straßenbaustoffe - 1-5 → Proctordichte, optimaler Wassergehalt → Lieferwassergehalt Grobe und feine Gesteinskornmengen - Korngruppe / Lieferkörnung → Lieferkörnung → Korngrößenverteilung → Überkorn, Unterkorn - Reinheit, Gehalt an Feinanteilen (≤ 0,063 mm) (abschlämmende Bestandteile) → Qualität der Feinanteile, Quellfähigkeit - Kornform von groben Gesteinskörnungen → Kornformkennzahl Verhältnis von Länge zu Dicke größer als 3 : 1 → Plattigkeitskennzahl - Anteil gebrochene Oberfläche - Anteil an gebrochenen Körnern Schotter, Splitt, Edelsplitt ≥ 90 M% - Fließkoeffizient bei Gesteinskörnung 0/2mm früher Natursand / Brechsand - Muschelschalengehalt - Widerstand gegen Zertrümmerung von groben Gesteinskörnungen Widerstand gegen Schlag → Schlagzertrümmerungswert SZ 18…. → Los Angeles-Koeffizient - Widerstand gegen Polieren, Polierwiderstand → PSV50 - LA 20… (Polished Stone Value) Frost-Widerstand, Widerstand gegen Frosttauwechsel → Wasseraufnahmegrad ≤ 0,5% → Verlust in Masse %, Unterschied zwischen den Schlagzertrümmerungswert vor und nach dem Frostversuch ≤ 3 M-% - Frost-Tausalz-Beanspruchung - Widerstandsfähigkeit gegen Hitzebeanspruchung - Affinität zw. groben Gesteinskörnungen und Bitumen - „Sonnenbrand“ von Basalt → Masseverlust Straßenbaustoffe - 1-6 - - Gehalt an groben organischen Verunreinigungen - Umweltrelevante Merkmale - Umweltverträglichkeit bei natürlichen Gesteinskörnungen grundsätzlich gegeben - bei industriell hergestellter Gesteinskörnung → Anforderung Anhang D TL-Gestein - Schwermetalle - Ionen - EOX - PAK Nachweis der Kornformität → Erstprüfungen → Werkseigene Produktionskontrolle 1.2 Bitumen Bitumen Teer/Pech Erdölprodukt Steinkohlenprodukt Bitumenherstellung Erdölprodukt Naturasphalt - atmosphär. Destillation, fraktionierte Destillation (stufenweise Siedetrennung) - Vakuumdestillation Bitumensorten Destillationsbitumen - Destillation, vorzugsw. Vakuumdestillation, -> weiches bis mittelh. Bitumen Straßenbaubitumen (Normbitumen) DIN 1995, seit 2000 in Deutschland EN 12591. - bei Destillation entstanden - verschiedene Härten - Bezeichnung nach physikalischen Kerndaten - mittlere Penetration z. B. B 80, B 65 - B 80 - weniger spröde im Winter weicher als B 65 härter, standfester plastische Verformung bei geringerer Oberflächentemp. (Spurrinnen) Straßenbaustoffe Hochvakuumbitumen/Hartbitumen - bezeichnet nach mittl. Erweichungspunkt Ring und Kugel, z. B. HVB 85/100 - hartes bis sprödes Destillationsbitumen - Industriebitumen, außerhalb Straßenbau Oxidationsbitumen - geblasenes Bitumen, Einblasen v. Luft in heißflüssige weiche Destillationsbitumen - bei gleicher Nadelpenetration höherer Erweichungspunkt Ring und Kugel gegenüber Destillationsbitumen - werden nach Erweichungspunkt Ring und Kugel und der Penetration bezeichnet, z. B. 85/25 und 85/40 - besonders große Härte und das Einblasen von Luft Fluxbitumen - Straßenbaubitumen und schwerflüchtige Fluxöle -> Viskosität herabgesetzt - Bsp. FB 500, oft eingesetzt - zunächst plastische Reaktion auf Temperatur oder Belastung, nach Verdunsten des Fluxöles, Eigenschaften v. B 80 - Warmmischgut Bitumenemulsion EN 13808, in Deutschland TL BE-StB 07 - feine Verteilung von Bitumen in Wasser, durch Emulgatoren und ggfls. Stabilisatoren im Wasser schwebend - Anionische Emulsionen, gute Haftung an basischem Gestein K 60/; 70 z. B. Kalkstein Basalt - Kationische Emulsionen, mit allen Gesteinsarten gut verarbeitbar K 60/K 70 K, z. B. Moräne Quarzit gut verarbeitbar, K 60K, K 70K - nicht ionische Emulsion - U 60, U 60K Flickarbeiten, K 70, K 70K Oberflächenbehandlung - lösungsmittelhaltige Bitumenemulsionen Haftkleber (Schichtenverband) - U steht für unstabil, Brechvorgang läuft schnell ab, 60 60 % Bitumengehalt 70 70 % Bitgehalt - 1-7 - Straßenbaustoffe - 1-8 - Kaltbitumen - Bitumenlösung, Anteil bis zu 20 % Verflüssigung (leichtflüchtige Lösemittel) - bei Zimmertemperatur mischbar - nach Verdunsten Klebwirkung des Bitumens wirksam - für Straßenbauzwecke, anfangs hoher Hohlraumgehalt -> Fluxöle müssen austreten - Kaltmischgut im Winter, Regeneriermittel Bitumenhaftkleber - lösemittelhaltige Bitumenemulsionen - dient zum Verkleben v. Asphaltschichten (Schichtenverband) Polymermodifizierte Bitumen EN 14023, in Deutschland TL-PmB - Physikal. Gemisch von Bitumen und Polymersystem oder Reaktionsprodukt zw. Bitumen und Polymer - verändern des elasto-viskosen Verhaltens Eigenschaften von Bitumen Viskosität Zähigkeit Maß für Fließverhalten des Bitumen - Erdölprodukt - schwerflüchtiges, dunkelfarbiges Gemisch versch. org. Substanzen - elasto-viskoses Verhalten, ändert sich mit Temperatur - thermoplastisches Verhalten: Fließverhalten von Temp. abhängig -> Prozess wiederholbar - kolloidales System -> disperse Phase (Asphaltene) in -> kohärente (zusammenhängende) Phase aus hochsiedenden Ölen (Maltene) in stabiler Verteilung - - Asphaltene - keine einheitliche Stoffgruppe - höhermolekulare Anteile im Bitumen - lassen sich durch geeignete Lösemittel ausfüllen Relaxationsvermögen ist ausschlaggebend für Ermüdungsverhalten Straßenbaustoffe - 2-9 - Verformungsverhalten -> Brechpunkt -> Penetration -> Erweichungspunkt Ring und Kugel -> Plastizitätsspanne 1.3 Hydraulische Bindemittel Die Wirkung hydraulischer Bindemittel beruht auf deren Erhärtung nach Wasserzugabe (Hydratation). Der entstandene Zementstein ist wasserbeständig. Verwendet werden: - Zement hochhydraulischer Baukalk Hydraulische Tragschichtbinder Anwendungsgebiete sind hauptsächlich: - Bodenverfestigungen und –verbesserungen Hydraulisch gebundene Tragschichten (HGT) Zementbetonfahrbahnen 2 Straßenoberbau 2.1 Regelwerke Die europäischen Normen stellen Rahmenwerke dar die von den Ländern der EU in nationale Anwendungsdokumente umgesetzt werden müssen. In Deutschland geschieht dies meist durch eine entsprechende DIN EN. Für den Straßenbau werden diese durch ein Regelwerk bestehend aus Regeln zur Bauweise, Lieferbedingungen, Güteüberwachung und Prüfvorschriften verfeinert. Dabei bauen die Regelwerke aufeinander auf und ergeben so ein System. „Ziel war es, alle für den Verwender relevanten Informationen der Anforderungsnormen in jeweils einem Dokument zusammenzufassen, die Produkte eindeutig zu beschreiben und somit den Umgang mit den Europäischen Normen zu erleichtern.“ Begriffserklärung ZTV TL TL G TP Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen Technische Lieferbedingungen Technische Lieferbedingungen: Güteüberwachung Technische Prüfvorschriften Bauweise Lieferbedingungen Güteüberwachung Prüfvorschriften Straßenbaustoffe - 2-10 - Straßenbaustoffe 2.2 - 2-11 - Tragschichten Allgemeines ungebundene Schichten ⇔ gebundene Schichten Bodenverbesserungen Frostschutzschichten, ungebundene Tragschichten wassergebundene Deckschichten ⇔ ⇔ ⇔ ⇔ Bodenverfestigungen Asphalttragschichten oder hydraulischgebundene Tragschichten Fahrbahndecken aus Beton oder Asphalt Aufgabe: - durch Verkehr erzeugte Spannung (Vertikal, Horizontal) abbauen. → lastverteilende Wirkung - Planum nicht mehr unzulässig belastet - Planum EVZ ≥ 45 MN/m² - auf 1. Tragschicht (FSS) ≥ 120 mN/m² Vorschrift:: - ZTVT-StB, ZTV SoB-StB - ZTV-LW 3 Gruppen: - Tragschichten ohne Bindemittel TOB - FSS, Kies / Schotter-TS - Tragschichten mit bituminösen Bindemitteln, Asphalttragschichten - Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln - HGT - Verfestigung - Betontragschicht TOB - nicht bei voll gebundenem Oberbau - Untergrund frostempfindlich - Verformungsmodul nicht erreichbar kein Bindemittel - Reibung im Korngerüst für Spannungsverteilung wirksam - kornabgestuftes Gemisch - stetige Korngrößenverteilung Einbau und Nachverdichtung, Straßenbaustoffe - erzeugt Verspannung zwischen Körnern, - beruht auf Reibung Anwendung: - geringe Verkehrsbelastung, - ruhender Verkehr Zusammensetzung der Mineralstoffe (i.d.R. im Werk): - Reibungswinkel groß - Verschiebungsmöglichkeit klein wird erreicht durch - grobe Körner - zusammenhängendes Gerüst - Körner mit rauer, möglichst gebrochener Oberfläche - gute Kornabstufung - geringer Hohlraumgehalt - Zahl der Berührungspunkte groß → Reibungspunkte - - - Begrenzung Feinstbestandteile - keine Quellfähigkeit - keine Wasseranreicherung optimaler Wassergehalt - keine Entmischung bei Transport - gute Verdichtung (Proctor) Schichtdicke - Korngröße 0/K - Schichtdicke > 3.K Hinweise für die Anwendung der ZTVZ-StB - geeignete Unterlage ist Voraussetzung - tragfähiges Planum EVZ ≥ 45 MN/m² dauerhaft tragfähiges Planum - Randausbildung - 2-12 - Straßenbaustoffe - Entwässerung der FSS einwandfrei gewährleisten - Anspritzen des hochliegenden FB-Randes bei Asphalttragschichten, besonders bei Asphalttragschichten über HGT oder im Hocheinbau Bodenverbesserungen Bodenverbesserungen dienen zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit und Verdichtbarkeit von Böden und damit zur Erzielung einer ausreichenden Tragfähigkeit. Man unterscheidet zwischen mechanischen Bodenverbesserungen und Bodenverbesserungen mit Bindemitteln. Bei der mechanischen Bodenverbesserung werden Böden durch Einrütteln geeigneter Baustoffe, Einmischen geeigneter Böden oder Einmischen geeigneter Körnungen verbessert. Das zu verwendende Verfahren richtet sich nach der Bodengruppe, so können zum Beispiel enggestufte Sande und Kiese durch Einmischen geeigneter Körnungen verbessert werden. Bei Bodenverbesserungen mit Bindemitteln gelten die gleichen Anwendungsvoraussetzungen wie für Bodenverfestigungen. Bodenverbesserungen mit Bindemitteln können nach ZTVE-StB auch bei bestimmten Böden angewendet werden, die für Bodenverfestigung nur bedingt geeignet oder ungeeignet sind. Durch Bodenverbesserungen mit Kalk werden sofort Verbesserungen der Einbaufähigkeit und der Verdichtbarkeit erzielt. Als Merkmal der Sofortreaktion sind Krümelbildung, Reduzierung des Wassergehaltes, Verbesserung der Tragfähigkeit zu nennen. Bodenverbesserungen mit Kalk werden in der Regel im Baumischverfahren hergestellt. Die so verbesserte Schicht soll eine gleichmäßige Dicke von mindestens 15 cm aufweisen. (Quelle: Straßenbau und Straßenerhaltung, Erich Schmidt Verlag 1997) 2.2.1 Ungebundene Tragschichten Ungebundene Tragschichten unterscheiden sich von den Frostschutzschichten hauptsächlich in der Vorgabe der Sieblinienbänder, die nur geringe Schwankungen der Korngrößenverteilung erlauben. Deshalb erfolgt die Zusammensetzung von ungebundenen Tragschichten durch entsprechendes Dosieren in einer Aufbereitungsanlage. Folgende straßenbautechnologische Anforderungen sind zu erfüllen (gemäß ZTVT-StB 95): - Korngrößenverteilung: entsprechend Abb. 2.1 bis 2.6 - Verdichtungsgrad: i . d. R. DPr ≥ 103 % oder ersatzweise Verhältniswert der Verformungsmoduln EV2/EVI < 2,2 - Verformungsmodul: bei Rad-und Gehwegen auf der Kies- oder Schottertragschicht 2 mindestens 80 MN/m , bei gleichzeitiger Verwendung als Frostschutzschicht müssen Kiesund Schotter-tragschichten bei Straßen der Bauklassen SV, 1 bis IV mindestens einen 2 Verformungsmodul von 150 MN/m aufweisen, bei allen anderen Straßen mindestens 120 2 MN/m , in allen anderen Fällen müssen die Werte aus Tabelle 4.3 eingehalten werden - Mindesteinbaudicke: 12 cm (bei 0/32), 15 cm (bei 0/45) und 18 cm (bei 0/56); (Faustformel: Mindesteinbaudicke ≥ 3 * Größtkorn, Probekörper im Labor ≥ 6 * Größtkorn) - Profilgerechte Lage: die Oberfläche der Tragschicht darf nicht mehr als + 2,0 cm von der Sollhöhe abweichen - Ebenheit: Unebenheiten der Oberfläche innerhalb einer 4 m langen Meßlatte dürfen nicht größer als 2,0 cm sein. Kiestragschichten der Lieferkörnungen 0/32, 0/45, 0/56, bestehend aus Kies-Sand-Gemischen, ggf. unter Zusatz von gebrochenen Mineralstoffen. − im Werk dosiert − Sieblinienbereiche nach ZTVT − Kiessandgemische 0/32, 0/45, 0/56 mm - 2-13 - Straßenbaustoffe → Sieblinie → zw. (d: D ) 0,35 und (d: B) - 2-14 - 0,55 d = Siebgröße D = Größtkorn → Frostempfindlichkeit Kornanteil < 0,063 mm max. 7 % nach dem Einbau → Mindestdicke 15 cm Opt. Dicke zw. 20 und 25 cm Einbau Schicht um 15 % erhöhen → Ausschreibung i.d.R. nach Gewicht in kg/m² → Tabelle Anforderung Schottertragschichten der Lieferkörnungen 0/32, 0/45, 0/56, bestehend aus Splitt-Sand- und Schotter-Splitt-Sand-Gemischen. − im Werk dosiert − Sieblinienbereiche nach ZTVT − Kiessandgemische 0/32, 0/45, 0/56 mm → Sieblinie → zw. (d: D ) 0,35 und (d: B) 0,55 d = Siebgröße D = Größtkorn → Frostempfindlichkeit Kornanteil < 0,063 mm max. 7 % nach dem Einbau → Mindestdicke 15 cm Opt. Dicke zw. 20 und 25 cm Einbau Schicht um 15 % erhöhen → Ausschreibung i.d.R. nach Gewicht in kg/m² → Tabelle Anforderung Straßenbaustoffe - 2-15 - Sieblinienbereiche für Kiestragschichten 2.1 Sieblinienbereich für Kiestragschichten 0/32 2.2 Sieblinienbereich für Kiestragschichten 0/45 2.3 Sieblinienbereich für Kiestragschichten 0/56 Sieblinienbereiche für Schottertragschichten 2.4 Sieblinienbereich für Schottertragschichten 0/32 2.6 Sieblinienbereich für Schottertragschichten 0/56 2.5 Sieblinienbereich für Schottertragschichten 0/45 Straßenbaustoffe Kiestragschicht Schottertragschicht Bei einer Anforderung an 120 100 120 100 das Verformungsmodul EV2 MN/m² MN/m ² MN/m² MN/m² auf der Frostschutzschicht von 150 120 Schichtdicke ≥ 15cm, EV2 [MN/m²] mindest. 150 120 180 150 Schichtdicke ≥ 20cm, EV2 [MN/m²] mindest. 180 150 Schichtdicke ≥ 25cm, EV2 [MN/m²] mindest. Tab. 4.3 Anforderungen an das Verformungsmodul ungebundener Tragschichten (aus ZTVT-StB 95)* Veraltet neue Normen und Richtlinien beachten! 2.2.2 Tragschichten mit hydraulischen Bindemittel • Verfestigung von Oberbauschichten und FSS mit Zement - dauerhaft tragfähig und frostbeständig Verhinderung von Kornwanderung (Erosion) in obere Zone der FSS Einsatzgebiete: einkörniger Sand • Bodenverbesserung - Einbaufähigkeit und Verdichtbarkeit verbessern - Komplementärkorn - Kalk Verfahren: - Baumischverfahren „mixed-in-plan“ Regeldicke 15 cm, max. 25 cm max. Korn 63 mm Zentralmischverfahren „mixed-in-plant“ - Zemente Tragschichtbinder hydroplobierter Zement (Pectawerte PZ 32.5) wird beim Mischvorgang aktiviert witterungssicher - Optimaler Wassergehalt des Boden-Zement-Gemisches W/7-Wert unwichtig Bindemittel: Wichtig: Festigkeiten nach 25 Tagen: - für Asphaltstraßen: 7 N/m m² Bruch in Schollen, keine Scheinfugen erforderlich - für Beton Straßen 15 N/mm² - 2-16 - Straßenbaustoffe 2.2.2.1.1 Hydraulisch gebundene Tragschichten (HGT) Ursprüngliches Gedeck - Plattenwirkung Betontragschicht mit Asphaltdecke (fugenlos) kombinieren - Risse (Reflexionsrisse) deshalb: - Fugenbewegungen müssen klein bleiben - Geringe Fugenabstände - dicke Asphaltschichten, mindern Temperaturänderungen Möglichkeit: - Asphaltdecke mit Trennschicht im Fugenbereich HGT: - Fugen - Überbauen mit Asphalt Dicke mind. 14 cm - nicht zu große Festigkeiten Festigkeit > 12 N/mm² → Kerben - Dicke zwischen 12 mm² und max. 25 cm - Standard 15 cm - Hydraulisch Tragschichtbund langsam erhärtend - kein Beton - geringe Festigkeitswert - Wassergehalt nach Proctor - Herstellung in Beton oder Asphaltmischanlage - Einbau mit Fertiger - Anspritzen mit Bitumenemulsion Hydraulisch gebundene Tragschichten sind abgestufte Korngemische 0/32 (Mindestdicke 12 cm) und 0/45 (Mindestdicke 15 cm) aus natürlichen oder künstlichen Mineralstoffen, aus gebrochenen Splitten oder ungebrochenen Kiesen, aus Natur- oder Brechsand mit - Zement - Tragschichtbinder oder - hochhydraulischem Kalk als Bindemittel. - 2-17 - Straßenbaustoffe - 2-18 - Die Eignung der Zusammensetzung wird im Labor durch eine Eignungsprüfung festgestellt. Dabei müssen, gemäß ZTVT-StB 95 (Veraltet neue Normen und Richtlinien beachten!), u.a. folgende Anforderungen erfüllt sein: - - - die Korngrößenverteilung muss der Abb. 3.1 entsprechen bei einer Frostprüfung (erforderlich bei einem Anteil an abschlämmbaren Bestandteilen zwischen 5 und 15 Gew.-%) darf die Längenänderung 1 % nicht überschreiten bei HGT unter Asphaltschichten muss die mittlere Druckfestigkeit von 3 Probekörpern nach 2 28 Tagen zwischen 7 und 12 N/mm liegen bei HGT unter Betondecken muss die mittlere Druckfestigkeit von 3 Probekörpern nach 28 Tagen 2 >15 N/mm sein. Überschreitungen sind durch Beachtung der Regelungen für Kerben (dazu Ende dieses Abschnittes) möglich die Bindemittelmenge darf 3,0 Gew.-%, bezogen auf das trockene Mineralgemisch, nicht unterschreiten. der Wassergehalt ist so zu wählen, dass beim Einbau der optimale Wassergehalt nicht überschritten und der Verdichtungsgrad nicht unterschritten wird der Verdichtungsgrad der noch nicht erstarrten HGT muss ≥98 % sein. Profilgerechte Lage: unter Fahrbahndecken aus Asphalt darf die Oberfläche der Tragschicht von der Sollhöhe nicht um mehr als + 1,5 cm abweichen unter Fahrbahndecken aus Beton darf die Oberfläche der Tragschicht von der Sollhöhe nicht um mehr als +1 cm bzw. -2 cm abweichen Unebenheiten der Oberfläche innerhalb einer 4 m langen Meßlatte dürfen nicht größer als 1,5 cm sein. In bestimmten Fällen sind bei hydraulisch gebundenen Tragschichten, im frischen Zustand, in Querund Längsrichtung, Kerben anzuordnen. Die Anordnung der Kerben (Sollbruchstellen) vermeidet eine unkontrollierte Rissbildung und ist von der Dicke der HGT, von der Art der Deckschicht, und von der ermittelten Druckfestigkeit abhängig. Der Einbau hydraulisch gebundener Tragschichten geschieht mit Fertigern. Nach dem Einbau müssen HGT noch mindestens 3 Tage feucht gehalten werden. 3.1 Sieblinienbereich f.hydr.geb.Tragschichten 0/32 3. 2 Sieblinienbereich f.hydr.geb.Tragschichten 0/45 Straßenbaustoffe Gebundene Schichten Bodenverfestigungen Bei Anwendung von Bindemitteln im anstehenden Boden wird zwischen Bodenverbesserung- und Bodenverfestigung unterschieden. Bodenverbesserungen sind Maßnahmen zur Verbesserung der Befahrbarkeit und Befahrbarkeit zu feuchter, feinkörniger und instabiler Böden. Es gibt folgende Verfahren: - Einmischen von Grobkorn (mechanische Bodenverbesserung) - Einmischen geringer Mengen Feinkalk (CaO) oder Kalkhydrat (Ca(0H2)) - Einmischen geringer Mengen hydraulischer Bindemittel. Bodenverfestigungen dienen als dauerhafte Maßnahme der Erhöhung des Widerstandes gegen mechanische und klimatische Beanspruchungen, so dass der Boden dauerhaft tragfähig und frostbeständig wird. Diese Maßnahme wird im folgenden erläutert. Bodenverfestigungen werden hauptsächlich angewendet - als Tragschicht in der obersten Zone der Frostschutzschicht - als oberste Zone des Unterbaus / Untergrundes von Straßen / Wegen aller Art. Als Bindemittel werden verwendet: - Zement nach DIN 1164 aber vor allem hydrophobierter Zement (Pectracrete), dessen hydraulische Eigenschaften erst nach dem Einmischen, und nicht schon beim Ausstreuen wirksam werden - hochhydraulischer Kalk Die Wahl des Bindemittels hängt von der Korngrößenverteilung des Bodens ab (Abb. 2.1 – 2.6). Früher wurden auch Bodenverfestigungen mit Teer und Bitumen durchgeführt. Als Bauverfahren werden angewendet: - Mixed in plant (Zentralmischverfahren) Der Boden wird aufgenommen, transportiert, in einer Betonmischanlage mit Bindemittel und evtl. mit Wasser vermischt, zurücktransportiert und mit einem Fertiger eingebaut. - Mixed in place (Baumischverfahren) Das Mischen von Boden, Zement und Wasser geschieht vor Ort, indem die Mischmaschine über den Boden fährt, diesen aufreißt und zerkleinert. Das Bindemittel wird verteilt und mit dem anstehenden Boden evtl. unter Wasserzugabe vermischt. Bodenverfestigungen werden mit Mindestdicken von 12 cm (Zentralmischverfahren) oder von 15 cm Bau-mischverfahren) nach ZTVT-StB 95 (Abschnitt 3.1. Verfestigungen) hergestellt. Der Verbrauch 2 an Bindemittel liegt, je nach Boden, zwischen 5 und 15 kg/m . In den ZTVT-StB 95 sind die Anforderungen an die Verfestigungen aufgestellt in Bezug auf: - Verdichtungsgrad Profilgerechte Lage Ebenheit Einbaudicke, Einbaugewicht Druckfestigkeit Bindemittelgehalt Verfahren Das Mischen von Boden, Zement und Wasser geschieht vor Ort, indem die Mischmaschine über den Boden fährt, diesen aufreißt und zerkleinert. Das Bindemittel wird verteilt und mit dem anstehenden Boden evtl. unter Wasserzugabe vermischt. - 2-19 - Straßenbaustoffe 2.2.2.1.2 - 2-20 - Betontragschichten - B 15, B 25 (Veraltet neue Normen und Richtlinien beachten!) - Fugen 5 m Abstand (25 x Plattendicke) - Überbauung mit Asphalt mind. 14 cm - besser geeignet anansonsten Pflaster und Beton - dauerhafte Plattenwirkung - 2.2.2.1.3 sinnvoll und notwendig bei starkem Sonderverkehr Walzbeton liegt zwischen HGT und Betontragschicht - Schichtdicke 12 bis 22 cm - Druckfestigkeit 15 – 35 NM/mm² - Wassergehalt - optimaler Wassergehalt nach Proctor - Einbau mit Fertiger - Scheinfugen alle 5 bis 8 m - kann direkt Decken - Überbauung mit Asphaltbeton 0/11 - oder SMA 0/11 4 cm möglich - oder OB 2.2.3 Asphalttragschichten Regelwerk: - ZTV StB - künftig ZTV Asphalt 08 + TL Asphalt Baustoffe: - Bitumen B 50/70 (B 65, B (80/100) B 80 - Füller (Gesteinsmehl) B (30/40) - Gesteinskörnungen Asphaltgranulat Grundgedanke: - Mineralvorkommen mit unzureichenden Eigenschaften nutzbar (Rundkorn, fehlende Kornabstufung, fehl. Grobkorn) - mit hochwertigen Baustoffen für alle Verkehrsbeanspruchung geeignet - Regelbauweise - Bitumen im Heißeinbau - auch als vollgebundener Oberbau möglich Straßenbaustoffe - 2-21 - Prinzip: - Reibung Korngerüst - Kohäsion Bindemittel - viskoser Widerstand des bituminösen Mörtels - temperaturabhängig - Tragfähigkeit wichtig: - gut gestufte Sieblinie (Füllerkurve), gebrochenes Korn - härteres Bindemittel - stärkere Füllerung 5 Mischgutarten nach ZTVT (MGA) A, B, C - Anteil des Kornes >2 mm CS - >60 % gebrochenes Korn AO - geringere Qualität für unten liegende Schichten - i. d. R. mindestens 30 % Ausbauasphalt MGAA: häufig gebrochenes Korn MGAC: - Splitt bis 32 mm - gut abgestufte Sieblinie - gebrochenes Korn im Splittbereich - i. d. R. Natursand = billig u. günstig zu verdichten MGACS: Hohlraumgehalt der verdichteten Asphaltmischung (H bit) zu vermeiden - Verminderung des Verformungswiderstandes - steigener Bindemittelgehalt -> innere Reibung des Korngerüstes + Kohäsion Bindemittel - erhöhter Bindemittelgehalt -> innere Reibung nimmt ab, Körnen schwimmen - Erweichung bei Wärmeeinwirkung Bitumen 20mal stärkere Ausdehnung als Mineralstoffe - überschüssiges Bindemittel an Oberflächen (schwitzen) - Erweichung Straßenbaustoffe - - 2-22 - Mangelnde Sicherheit gegen nachträgliches Entstehen der Bindemittelüberschüsse ≤ 2 Vol. % Hbit -> Standfestigkeit nimmt ab Hbit 6 Vol. % größer -> größte Standfestigkeit Hbit - 2 Vol. % -> für Binde- und Tragschichten Hbit 9 Vol. % -> Standfestigkeit geht zurück Eignungsprüfung Mineralstoffe: Art und Zusammensetzung Bitumensorte: Härte, Menge und Zusätze -> Bindemittelbemessung bedeutend Praxis Marxhall Probekörper Marshall Stabilität Marshall Fließwert Hbit Verdichtungswiderstand (c-Wert) Hohlraumfüllungen Baustoffe und Zusammensetzung Asphalttragschichten bestehen aus - natürlichen oder künstlichen Mineralstoffen, aus gebrochenen Splitten oder ungebrochenen Kiesen, aus Natur- oder Brechsand - Bitumen B80 oder B65 (teilweise auch B45). In großem Umfang wird Asphaltgranulat (ausgebautes, aufbereitetes Asphaltmischgut) in Asphalttragschichten eingesetzt. Es werden, gemäß ZTVT-StB 95, verschiedene Mischgutarten unterschieden (siehe Tabelle 4.2). Mischgutart CS muss, außer den in der Tabelle erwähnten Anforderungen, noch zusätzlich erfüllen: - Anteil an gebrochenem Splitt mindestens 60 Gew.-% - Brechsand-Natursand- Verhältnis mindestens 1:1. Die Wahl der Mischgutart hängt von der Bauklasse, der Einbauart und der Art der Beanspruchung ab. Straßenbaustoffe - 2-23 - Tabelle 4.2: Anforderungen an Mineralstoffgemische und Mischgutarten Sieblinienbereiche für Asphalttragschichten 4.1 Sieblinien für Asphalttragschichten der Mischgutart A 4.3 Sieblinien für Asphalttragschichten der Mischgutart C und CS 4.2 Sieblinien für Asphalttragschichten der Mischgutart B Straßenbaustoffe 2.3 Frostschutzschichten Die Frostschutzschicht ist die unmittelbar auf dem Planum des frostempfindlichen Untergrundes oder Unterbaus liegende erste Tragschicht. An eine Frostschutzschicht werden folgende Forderungen gestellt: - eine ausreichende Wasserdurchlässigkeit zur Entwässerung des Oberbaus - verhinderung von kapillarem Wasseransaugen aus dem Untergrund - die verwendeten Mineralstoffe müssen frost- und verwitterungsbeständig sein, evtl. Filterstabil - eine abgestufte Korngrößenverteilung muss eine ausreichende Lagerungsdichte und Tragfähigkeit gewährleisten und den Lastabtrag sowie die Spannungsverteilung ermöglichen Verwendete Baustoffe: - Kiese und Kies-Sand-Gemische, Sande und Sand-Kies-Gemische, ggf. unter Zusatz von natürlichen oder künstlichen Mineralstoffen. Diese können eng gestuft (GE, SE), weit gestuft (GW, SW) oder intermittierend gestuft (GI, SI) vorliegen. - Schotter-Splitt-Sand oder Splitt-Sand-Gemische aus gebrochenen, natürlichen oder künstlichen Mineralstoffen - Schotter-Splitt-Sand oder Splitt-Sand-Gemische aus gebrochenen Recyclingbaustoffen oder Müllverbrennungsaschen Neben Anforderungen an die Umweltverträglichkeit, bei Verwendung von Recyclingbaustoffen und Müllverbrennungsaschen, sind gemäß ZTV SoB folgende straßenbautechnologische Anforderungen zu erfüllen: - Kornverteilung bestimmte Anteile einzelner Körnungen sind einzuhalten, z.B. gröbste Körnung mind. 10 Gew.-%, Überkorn maximal 10 Gew.-% (weitere Anforderungen siehe ZTV SoB) - Verdichtungsgrad Werte gemäß Tab. 4.2 müssen eingehalten werden, ersatzweise können auch Werte aus dem Plattendruckversuch ermittelt werden. - Tragfähigkeit, Verformungsmodul (Plattendruckversuch) 2 Ev2 ≥ 120 MN/m bei Straßen der Bauklassen SV, I bis IV und 2 Ev2 ≥ 100 MN/m bei Straßen der Bauklassen V bis VI; bei Rad-. und Gehwegen entfällt der Nachweis des Verformungsmoduls. - Profilgerechte Lage Die Oberfläche der Frostschutzschicht darf nicht mehr als ± 2,0 cm von der Sollhöhe abweichen. - Ebenheit Unebenheiten der Oberfläche innerhalb einer 4m langen Messlatte dürfen nicht größer als 2cm sein. - Mindesteinbaudicke jeder Schicht und Lage in verdichtetem Zustand: - 10 cm bei Frostschutz 0/22 (Rad-und Gehwege) - 12 cm bei Frostschutz 0/32 - 15 cm bei Frostschutz 0/45 - 18 cm bei Frostschutz 0/56 - 20 cm bei Frostschutz 0/63 - Einbaubreite 2o cm breiter als gebundene Tragschicht - Durchlässigkeit Bisher kein Anforderungskriterium - 2-24 - Straßenbaustoffe - 2.4 Bautechnische Ausbildung Fahrbahndecken Allgemeines Im Straßenbau unterscheidet man Asphalt- und Betondecken. Asphaltdecken bestehen bei den Bauklassen SV, 1 bis III aus einer 4 cm dicken Deckschicht und einer 4 cm (Bauklasse III) bis 8 cm (Bauklassen 5V, 1 bis II) dicken Asphaltbinderschicht. Die Gesamtdicke der Decke beträgt somit 812 cm. Betondecken bestehen aus einer Schicht mit einer Dicke zwischen 16 und 26 cm. Unter der Betondecke können sich Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln, Bodenverfestigungen oder Asphalttragschichten befinden. Für die Bauklassen IV bis VI gibt es Bauweisen, bei der die Betondecke direkt auf die Frostschutzschicht gebaut wird. Seltener werden Pflasterdecken aus Betonsteinen hergestellt. 2.4.1 Asphaltdecken Asphaltbinderschichten Asphaltbinder bestehen aus Mineralstoffgemischen abgestufter Körnung mit Straßenbaubitumen (häufig auch polymermodifiziert) als Bindemittel. Asphaltbinder werden in den Bauklassen SV /1 bis III als unterste Schicht der Decke hergestellt. Regelungen dazu gibt die ZTV Asphalt-StB 01 (Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Asphalt 01 mit Änderungen und Ergänzungen Ausgabe 2001). Die Anforderungen an Binderschichten können den Abbildungen entnommen werden. - 2-25 - Straßenbaustoffe 2.1 Asphaltbinder 0/22 S 2.3 Aspahltbinder 0/16 - 2-26 - 2 2.2 Aspahltbinder 0/16 S 2.4 Asphaltbinder 0/11 Tabelle 2.1: Asphaltbinder Straßenbaustoffe Deckschichten Deckschichten bestehen i.d.R. aus Gussasphalt, Asphaltbeton oder Splittmastixasphalt (dazu ZTV Asphalt-StB 01). Gussasphalt 0/5 0/8, 0/11 oder 0/11S zeichnet sich durch einen hohen Füller- und einen relativ 0 hohen Bindemittelgehalt aus. Er wird bei Temperaturen von bis zu 220 C hergestellt und ist dabei fließ-, gieß- und streichfähig. Der Transport erfolgt in sog. ,,Gussasphaltkochern“. Der Einbau erfolgt maschinell oder per Hand. Gussasphalt ist hohlraumfrei und muss nach dem Vergießen nicht verdichtet werden. Asphaltbeton 0/5, 0/8, 0/11, 0/11 S oder 0/16S zeichnet sich durch eine gleichmäßige Kornabstufung und einen mittleren Splittgehalt (um 50 Gew.-%) aus. Die Herstellung von 0 Asphaltbeton erfolgt in Asphaltmischanlagen bei 160 C. Der Einbau erfolgt mit Straßenfertigem, die Verdichtung mit Walzen. Splittmastixasphalt 0/5, 0/8, 0/85 oder 0/11S erhält seine hohe Standfestigkeit durch den hohen Splittgehalt. Der damit verbundene geringe Sandgehalt bewirkt, dass das benötigte Bindemittel zum Ablaufen und das Mischgut zur Entmischung neigt. Deshalb werden dem Mischgut stabilisierende Zusätze (z.B.: Zellulosefasern, Polymergranulat, besondere Füller u.a.) zugegeben. Außer den bereits genannten Asphaltdeckschichten werden auch Asphaltmastix, offenporige Asphalte bzw. Drainasphalte, Oberflächenschutzschichten uva. verwendet. Anforderungen an Gussasphalt - 2-27 - Straßenbaustoffe Anforderungen an Asphaltbeton - 2-28 - Straßenbaustoffe Anforderungen an Splittmastixasphalt - 2-29 - Straßenbaustoffe - 2-30 - 2.4.2 Betondecken Betondecken Fahrbahndecken aus (Zement-) Beton umfassen meist die Trag- und Deckschicht. Sie bestehen i.d.R. aus Platten mit 5-6 m Länge und werden im Allgemeinen ohne Bewehrung ausgebildet. Fahrbahndecken aus Beton sind sehr tragfähig. Ihre Haltbarkeit hängt von den Auflagerbedingungen und der Fugenausbildung und -anordnung ab. Die Zusammensetzung des Mineralstoffgemisches muss DIN 1045 entsprechen (Abb. 1-3; Sieblinien mit Größtkorn 16,0 mm und Größtkorn 32,0 mm). Weitere Anforderungen sind: Der Mehlkornanteil, d.h. Zement + Feinsand(<0,025 mm) und ggf. Zusatzstoffe, darf 450kg 3 pro m Festbeton nicht überschreiten. - unter bestimmten Bedingungen ist der Sandanteil < 1 mm und < 2 mm begrenzt - der Zementgehalt darf bei Decken der Bauklassen SV / I bis III einen Mindestwert von 340 kg 3 pro m Festbeton nicht unterschreiten. Zusätzlich schreiben die ,,Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Beton“ (ZTV Beton-StB 01; Veraltet neue Normen und Richtlinien beachten!) den Mindestluftgehalt, die Konsistenz und Mischzeit des Frischbetons, die Art des Transports, des Einbaus, der Verdichtung und die Fertigstellung der Oberfläche u.a. vor. Der Beton muss die Anforderungen der Tab. 1 (ZTV Beton-StB 01; Veraltet neue Normen und Richtlinien beachten!) erfüllen. Bauklasse 1 SV, I - IV Mindestwerte des Betons im Alter von 28 Tagen Druckfestigkeit am Würfel von 20 cm Kantenlänge N/mm² 2 3 35 40 Mindestens erf. Korngruppen nach DIN 4226 Biegezugfestigkeit N/mm 4 5,5 2 mm 5 0/2, 2/8, > 8 0/4, 4/8, > 8 0/2 ≤ 8* 0/4, > 4 V - VI 25 30 4,0 *für Größtkorn 8mm Spalte 2: Druckfestigkeit ßWN (N/mm²) jedes Probekörpers Spalte 3: Mittlere Druckfestigkeit ßWS (N/mm²) jeder Serie nach DIN 1045 bei der Eigenüberwachungsprüfung bzw. mittlere Druckfestigkeit der Bauteile gleicher Fertigungs-breite bei der Kontrollprüfung Zur Vermeidung von wilden Rissen und zum Ausgleich der Längenänderung ist die Ausbildung der Fugen bei Betondecken sehr wichtig. Man unterscheidet Raum-, Schein- und Pressfugen. Beispiele für die Ausführung von Fugen sind in Abb. 4.11 zu finden. Raumfugen trennen die Betonplatten in ganzer Dicke und ermöglichen durch einen breiten, vorgebildeten Fugenspalt eine Ausdehnung der Platten. Als Scheinfugen werden an der Oberseite der Decke Kerben angeordnet. Die Kerben müssen so angeordnet sein, dass bei Überschreitung der Betonzugfestigkeit die Risse an den Kerbstellen auftreten (Sollbruchstellen). Pressfugen trennen die Platten in ganzer Dicke, bieten aber im Gegensatz zu den Raumfugen keinen Raum für eine Ausdehnung des Betons über seine ursprüngliche Länge hinaus. Straßenbaustoffe Die Unterteilung der Decke in Platten erfolgt - quer zur Fahrtrichtung durch Querfugen, die als Raum-, Schein- oder Pressfugen auszubilden sind, - in Fahrtrichtung durch Längsfugen, die als Schein- oder Pressfugen auszubilden sind. Die Platten sollen in der Regel nicht länger als etwa das 25-fache der Plattendicke sein. Im allgemeinen beträgt die Plattenlänge 5 m. Decken in Straßenflächen von mehr als 4 m Breite erhalten eine, solche von mehr als 10 m Breite mindestens zwei Längsfugen. Fugenfüllungen sind erforderlich, um das Eindringen von Feststoffen und Flüssigkeiten zu vermeiden und die freie Beweglichkeit der Bauteile zu sichern. Sie vermeiden damit Schäden in der Betondecke. Als Fugenfüllstoffe werden spezielle Einlagen und Fugenvergussmassen verwendet. Fugenvergussmassen sind elastisch-plastische Massen auf Bitumenbasis mit Füllstoffen und besonderen Zusätzen. Die Verbindung der Betonplatten geschieht mit Dübeln (Querfugen) und Ankern (Längsfugen). Dübel werden zur Lastübertragung und zur Sicherung der Höhenlage in Längsrichtung eingesetzt. Anker verhindern das Auseinanderwandern der Platten. Stahleinlagen sind vorzusehen, wenn die Plattenlänge mehr als das 25-fache der Deckendicke beträgt oder wenn ungleichmäßige Setzungen erwartet werden. Bei quadratischen Platten auf Plätzen kann bis zu einer Seitenlänge von 7,50 m auf Bewehrung verzichtet werden. - 2-31 - Herstellen von Straßen 3 3.1 -3-1- Herstellen von Straßen Geräte für den Betoneinbau Heute werden überwiegend speziell für den Betondeckenbau entwickelte Gleitschalungsfertiger eingesetzt. Ihre wesentlichen Merkmale sind: - das Mitschleppen der „gleitenden“ Schalung sowie die Anordnung der einzelnen Arbeitseinrichtungen zum - Verteilen Verdichten (mit Innenrüttlern) Dübel- und Ankersetzen Fertigen und Glätten in einem kompakten Gerät. Die Vortriebsgeschwindigkeit dieser Fertiger liegt bei 1 bis 2 Meter pro Minute. Gleitschalungsfertiger für den einschichtigen Einbau, Arbeitsbreiten zwischen 2,5m und 9,0m. 1 Angelieferter Beton 2 Höhenverstellung 3 Schwenkarm 4 Fahrstand 5 Grundrahmen 6 Antriebsstation 7 Dübelsetzgerät DBI 8 Längsglätter 9 Spanndraht 10 Taster für Nivellierung und Lenkung vorne 11 Kettenlaufwerk 12 Verteilerschnecke 13 Vorderwand-Schild 14 Rüttelflaschen 15 Schalung und Preßbohle 16 Oszillierende QuerGlättbohle 17 Taster für Nivellierung und Lenkung hin 18 Eingebaute Betondecke Gleitschalungsfertiger im Einsatz Meistens dienen genau eingemessene Spanndrähte als Höhenreferenz. Taster gleiten an dem Draht entlang (siehe Bild) und geben ihre Impulse an die Steuerung des Fertigers weiter. Auf diese Weise erhält die Betondecke ihre Höhen- und Seitenlage sowie ihre Oberflächenneigung. Beton in der Gleitschalung nach der Form- und Preßbohle (15) und vor dem Dübel- und Ankersetzgerät. Bei auf den Fertiger richtig abgestimmter Betonzusammensetzung und Konsistenz schiebt die Querglättbohle eine über die gesamte Arbeitshöhe gleichmäßige, geschlossene Betonrolle vor sich her. Dadurch wird eine dichte und geschlossene Oberfläche erreicht. Vorne rechts hervorstehend ist das automatisch arbeitende Anker-Einstoßgerät erkennbar. Letztes Glätten der Oberfläche mit dem Längsglätter (8) Am Ende der Gleitschalung muß der Beton „stehen“. Die Kanten der frischen Fahrbahndecke dürfen nicht absacken.Durch Formeinlagen an der Gleitschalung kann die Seitenfläche z.B. als Sinusprofil geformt werden. (siehe Bild) Soll die Oberfläche mit einem Jutetuch strukturiert werden, wird dieses an den Fertiger oder die nachlaufende Arbeitsbühne angehängt. In den Fahrbahndecken aus Beton sind wilde Risse unerwünscht. Sie werden vermieden durch Fugen, die eine gezielte Rißbildung bewirken. Meist geschnittene Fugen; in den erhärteten Beton wird mit einer DiamantSchneidscheibe eine mörlichst schmale Kerbe in der erforderlichen Tiefe eingeschnitten. Ein frühzeitiges Schneiden der Kerbe ist zur Vermeidung von Rissen aus Zugspannungen, vornehmlich infolge Abkühlung, notwendig. Nach dem Schneiden sind die Fugen von Verschmutzungen (Schneidschlamm) zu reinigen und zu trocknen. Anschließend wird ein elastisches Fugenprofil, zunehmend Hohlkammeroder Vollprofil, unter Vorspannung in den Fugenspalt des erhärteten Betons eingebaut. Durch den bleibenden Anpreßdruck verschließen die Fugen. Für den Bau von mehrschichtigen und mehrstreifigen Fahrbahnen können auch zwei sich unmittelbar folgende Fertiger eingesetzt werden. Mit der neuesten Entwicklung der Gleitschalungsfertiger kann der Beton aber auch mit nur einem Gerät zweischichtig oder zweilagig eingebaut werden. 1 Angelieferter Beton 2 Aufnahmetrichter für Oberbeton 3 Höhenverstellung 4 Schwenkarm 5 Fahrstand 6 Grundrahmen 7 Antriebsstation 8 Dübelsetzer DBI 9 Förderband für Oberbeton 10 Übergabetrichter für Oberbeton 11 Längsglätter 12 Spanndraht 13 Taster für Nivellierung und Lenkung vorne 14 Kettenlaufwerk 15 Schwertverteiler 16 Vorderwand-Schild 17 Rüttelflaschen 18 Schalung für Unterbeton und Preßbohle 19 Vorderwand 20 Verteilerschnecke 21 Verstellbare Vorderwand 22 Schalung für Oberbeton und Preßbohle 23 Oszillierende QuerGlättbohle 24 Taster für Nivellierung und Lenkung hinten 25 Eingebauter Unterbeton 26 Eingebauter Oberbeton Asphaltbauweise Herstellung von Asphaltmischgut a) Chargenmischanlage b) Durchlaufmischanlage (Trommelmischer) Oberflächeneigenschaften - 3-1 - Einbau von Asphaltbefestigungen 3.2 Umweltbedingungen Die Unterlage muss schnee- und eisfrei sein, außerdem ist auch kein geschlossener Wasserfilm (z.B. durch Niederschläge) zulässig. Einbau nicht bei Lufttemperaturen ≤ –3°C Deckschichten: Einbau nur bei Lufttemperatur ≥ 3°C Binderschichten: Einbau nur bei Lufttemperatur ≥ 0°C Aufgrund dieser Regeln liegen die Hauptbauzeiten für Asphaltdecken in den Monaten von April bis Mitte Oktober. 3.3 Bauverfahren Zu unterscheiden sind Kalteinbau und Warmeinbau. Bauausführung Der Einbau von Asphaltbefestigungen erfolgt i.d.R. mit Hilfe von Straßenfertigern, auch „Schwarzdeckenfertiger“ genannt. Vom Fertiger wird das Mischgut entsprechend der vorgegebenen Breite und Dicke verteilt und vorverdichtet. Die eingesetzten Fertigertypen weisen Unterschiede hinsichtlich Arbeitsbreite, Einbaudicke, erreichbarem Vorverdichtungsgrad und Fahrwerk auf. Moderne Fertiger verfügen über in Grenzen hydraulisch veränderbare Arbeitsbreiten, Nivelliereinrichtungen (Leitdraht-, Laser- oder Tastski-Steuerung) sowie Vorrichtungen zur aktiven Materialverteilung, um Entmischungserscheinungen beim Einbau vorzubeugen (Materialaufnahmekübel, Längsförderband, Querverteilungsschnecken, Materialfüllmeßeinrichtung). Die Verdichtung erfolgt mit einer Vibrationsbohle mit veränderlicher Frequenz, einem Tamper mit veränderlichem Hub. Hochvibrationsbohlen ermöglichen hohe Werte an Vorverdichtung. Verkehrsflächen aus Asphalt werden aus Schichten und/oder Lagen übereinander sowie Bahnen nebeneinander hergestellt. Dabei müssen die Schichten und/oder Lagen sowie die Bahnen zu einem kompakten Baukörper verbunden werden. Vollflächiger Schichtenverbund, einwandfrei hergestellte Nähte und Anschlüsse sowie sorgfältige Ausbildung freier Ränder sind die Voraussetzung für eine lange Nutzungsdauer der Verkehrsflächenbenutzung. Oberflächeneigenschaften - 3-2 - Verdichten von Asphaltschichten Eine hohe gleichmäßige Vorverdichtung durch den Fertiger reduziert den Anteil der erforderlichen Nachverdichtung durch Walzen. Sie reduziert das Risiko ungenügender Verdichtungsqualität durch Verkürzung des Verdichtungszeitraums. Das ist besonders bei niedrigen Temperaturen wichtig. Die Wahl des geeigneten Verdichtungsgerätes ist vom Mischgut, der erforderlichen Leistung (Einbaubreite, Einbaugeschwindigkeit) und anderen Randbedingungen abhängig. Es werden statische Dreirad- und Tandem-Glattmantelwalzen, Vibrations-Glattmantelwalzen, Gummiradwalzen sowie Kombinations-Walzen eingesetzt. Oberflächeneigenschaften - 4-3 - 4 Oberflächeneigenschaften 4.1 Ebenheit Die Forderung nach einer befriedigenden Ebenheit der Fahrbahnoberfläche ist nicht nur eine Frage des Fahrkomforts. Aus der Wechselwirkung von Fahrzeug und Fahrbahn entstehen bei unebener Strasse Kräfte, die Auswirkungen auf die Sicherheit des Verkehrs und die Lebensdauer des Bauwerkes haben. a) Querunebenheit Entstehung von Querunebenheiten durch - Nachverdichtung einzelner oder mehrerer Schichten der Straßenbefestigung - Bleibende Verformungen der oberen Asphaltschichten infolge mangelhafter Verformungs-beständigkeit - Spikereifenverschleiß – Nach dem Winter 1976 sind Spikereifen in Deutschland nur noch in Ausnahmefällen zugelassen. Formen von Unebenheiten im Querprofil: - Spurrinnen in den Rollspuren der Lastkraftwagen - Kanten zwischen Asphaltdecke und festem Randstreifen oder an den Längsfugen bei Betondecken - Wölbungen auf älteren schmalen Strassen durch Fahrbahnrandbeanspruchung Auswirkungen von Spurrinnen und Kanten: - Direkte Beeinträchtigung des Fahrverhaltens der Fahrzeuge insbesondere der Zweiradfahrzeuge auf trockener (und nasser) Fahrbahn - Beeinträchtigung des Wasserabflusses von der Fahrbahn; dadurch Aquaplaning-Gefahr und Sprühfahnenbildung b) Längsunebenheit Entstehung von Längsunebenheiten: - bei der Herstellung der Straßenbefestigungen (eine völlig ebene Straße kann nicht gefertigt werden) - infolge von Unstetigkeiten wie Fugen und Risse oder ungleichmäßiger Herstellung der Schichten - durch vorhandene Unebenheiten (auch solche, die im Toleranzbereich liegen). Sie führen zu dynamischen Radlasten, die die vorhandenen Unebenheiten verstärken. Formen von Einzelunebenheiten im Längsprofil: - Erhöhung: Buckel, Schwelle, Wölbung - Vertiefung: Mulde, Loch, Querrinne - Sonstiges: Welle, Stufe, Knick Auswirkungen von Längsunebenheiten: Die Einzelunebenheiten überlagern sich zu einem Unebenheitsspektrum, das fahrende Fahrzeuge zu Schwingungen mit vertikalen Beschleunigungen anregt. Dadurch wird nachteilig beeinflusst: - Fahrsicherheit - Fahrkomfort - Fahrzeugbeanspruchung - Fahrzeuggeräusch - Ladegutbeanspruchung - Reifenverschleiß - Treibstoffverbrauch - Straßenbeanspruchung Oberflächeneigenschaften 4.2 - 4-4 - Rauheit Rauheit - - Die Rauheit ist die Primärgröße für eine Reihe wichtiger praxisrelevanter Gebrauchseigenschaften wie Griffigkeit und Reifengeräusch oder auch Sprühfahnenbildung und Rollwiderstand Die Rauheit entspricht der geometrischen Gestalt der Fahrbahnoberfläche im Wellenlängenbereich von wenigen Mikrometern bis einigen Dezimetern. Unterschieden wird zwischen Mikro-, makro- und Megarauheit. Mikrorauheit - Rauheitselemente mit einer horizontalen Ausdehnung kleiner 0,5mm, wobei Rauheiten bis zu einer Größenordnung von 1/100mm einen sehr großen Einfluss auf die Nassreibung zwischen Gummi und Mineralstoff haben. Makrorauheit - Rauheitselemente mit einer horizontalen Ausdehnung von 0,5mm bis 50mm, wobei Rauheits- elemente bis in die Größenordnung von 10mm die Griffigkeit durch ihre Drainagewirkung beeinflussen. Die Rauheiten im Bereich größer 1mm wirken sich auf das Reifengeräusch aus. Megarauheit - Rauheitselemente mit einer horizontalen Ausdehnung von 50mm bis 500mm. Sie beeinflussen maßgebend das Reifengeräusch 4.3 Griffigkeit Die Straße trägt mit ihrer Griffigkeit in besonderem Maße zur Verkehrssicherheit bei. Allgemein erhöht sich das Unfallrisiko auf nasser Fahrbahn erheblich. Der Anteil der Unfälle bei Nässe geht jedoch mit steigendem Griffigkeitsangebot der Fahrbahn deutlich zurück. Die Griffigkeit einer Fahrbahn ist der Beitrag der Fahrbahnoberfläche zum Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn. Über die Berührungsflächen werden Reibungskräfte zur Beschleunigung, Verzögerung und Fahrtrichtungserhaltung eines Kraftfahrzeuges übertragen. Die Griffigkeit bei nasser Fahrbahn ist von der Fahrbahnrauheit abhängig. Die Makrorauheit – abhängig vom Kornaufbau und von der Herstellung der Fahrbahnoberfläche – unterstützt insbesondere bei höheren Fahrgeschwindigkeiten das Abführen des Wassers aus der Kontaktfläche des Reifens und verringert die Aquaplaninggefahr. Die Mikrorauheit – bedingt durch die aus Mineralstoffen und Bindemitteln gebildete Oberflächenfeingestalt – ist die notwendige Grundvoraussetzung für eine bei Nässe griffige Fahrbahnoberfläche. Je höher die Verkehrsbelastung und je geringer die Resistenz der Mineralstoffe gegenüber den polierenden Einwirkungen der Fahrzeugreifen ist, desto früher ist mit einer Verminderung der Griffigkeit zu rechnen. Rauheit: Geometrische Gestalt der Fahrbahnoberfläche im Wellenlängenbereich von wenigen Mikrometern bis eineigen Dezimetern Griffigkeit: Wirkung der Rauheit und der stofflichen Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche auf den Kraftschluss Reifen/Fahrbahn, gekennzeichnet durch den unter den festgelegten Bedingungen gemessenen Reibungswert zwischen Messreifen und angenässter Fahrbahnoberfläche. 4.4 Lärmemissionen Der Einfluss der Fahrbahngestaltung auf das Fahrgeräusch von Kraftfahrzeugen ist beträchtlich. Richtlinien hierzu finden sich in der RLS-90. Schon seit längerem wird deshalb versucht, den Straßenaufbau so zu gestalten, dass die Reifen / Fahrbahngeräusche vermindert werden. Grundsätzlich zu berücksichtigen ist demnach in Bereichen, in denen die Geräuschentstehung reduziert werden soll: - möglichst keine Querrillen einschneiden und möglichst keine regelmäßig profilierten Oberflächen schaffen, - durch standfeste Ausbildung des Straßenoberbaus Unebenheiten, Stufen, Schwellen und Verformungen vermeiden, - Deckel von Schächten und sonstigen Einbauten außerhalb der Rollspuren anordnen, bei Brücken geräuscharme Fahrbahnübergänge anstreben. Oberflächeneigenschaften - 4-5 - Weitere Ansätze in Deutschland sind dazu: - die Entwicklung offenporiger Asphalt-Fahrbahndecken (Drainasphalte), insbesondere im Rahmen des Großversuches „Lärmmindernde Strassendecken“ von BMU,BMV, BASt, UBA sowie Ländern und Gemeinden - die Erprobung offenporiger Straßenaufbauten (offenporige Deck-, Zwischen- und Tragschicht) in Asphaltbauweise und neuerdings auch in Zementbeton - die akustische Optimierung von Pflasterdecken (Oberfläche, Steingröße, Fugenabstand, Verlegungsart), - und die Entwicklung leiserer geschlossener Beläge wie z.B. Zement- und Asphaltbetone sowie Splittmastixasphalte Die Drainasphaltdeckschichten weisen zwar im Neuzustand deutliche Minderungen auf, durch Zusetzen der zugänglichen Hohlräume geht diese Reduktion jedoch im Laufe der Zeit verloren. Diese Entwicklung ließ sich auch nicht durch Reinigen der Beläge aufhalten. Offenporige Straßenaufbauten wurden bislang nur unter Bedingungen erprobt, die nicht dem realen Verkehr entsprechen. Ihre Anwendung auf öffentlichen Straßen sollte weiter verfolgt werden. Von den geschlossenen Belägen führen feinkörnige Splittmastixasphalte (SMA 0/5) zu den größten Minderungen gegenüber dem Referenzbelag der „Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen (RLS90)“ (1 bis 2dB (A) im Mittel). Auch hier ist zu beobachten, dass die Beläge mit der Zeit lauter werden, so dass der Nachweis dauerhafter Lärmminderung noch aussteht. Die akustische Optimierung von Pflasterdecken hat immerhin zur Entwicklung von Decken geführt, die nicht mehr lauter als der Referenzbelag der RLS-90 sind, so dass sich die gestalterische Freiheit bei Beachtung der Lärmschutzziele vergrößert hat. Außerorts haben die Drainasphalte auf Dauer größere Wirkung, wenngleich hier im Laufe der Zeit ebenfalls abnehmende Wirkung zu beobachten ist. Immerhin lassen sich mit den relativ feinkörnigen Drainasphalten DA 0/8 auch nach 6jähriger Liegezeit noch Minderungen von 3 dB (A) erreichen. 4.5 Helligkeit Die Verkehrssicherheit und der wirtschaftliche Umgang mit Elektroenergie bei Straßenbeleuchtungen zwingen zur stärkeren Beachtung der Farbgebung und der Reflexionseigenschaften von Fahrbahnoberflächen. Die Reflexionseigenschaften werden von der Rauheit der Oberfläche beeinflusst. Raue Oberflächen reflektieren das einfallende Licht diffus, was der Blendwirkung feuchter Fahrbahnoberflächen bei Dunkelheit entgegenwirkt. Bei glatten Oberflächen treten verkehrsgefährdende Blendwirkungen auf. Helle, widerstandsfähige Zuschlagstoffe bewirken einen höheren, auch für nasse Oberflächen ausreichenden Reflexionsgrad. Qualitätssicherung im Straßenbau 5 Qualitätssicherung im Straßenbau An Straßen werden hinsichtlich der Qualitätssicherung besondere Anforderungen gestellt. In das Qualitätsmanagement des Straßenbaus sind alle am Bau der Straße beteiligten eingebunden, vom Auftraggeber angefangen, über den Entwurfsbearbeiter bis zu allen Bauausführenden. Das Vorschriftenwerk, das die Anforderungen an die Baustoffe, Baustoffgemische sowie an das Bauwerk Straße in allen seinen Bestandteilen vorgibt, ist sehr umfangreich. Jeder am Bau Beteiligte trägt eine hohe Verantwortung bei der Qualitätssicherung. Alle müssen die Theorie für ihren Aufgabenbereich beherrschen und in die Praxis umsetzen können. Die Grundsätze der Qualitätssicherung im Straßenbau werden – im Unterschied zu allen anderen Bauwerken - durch folgende Merkmale bestimmt : - jede einzelne Schicht des Bauwerkes Straße wird nach ihrer Fertigstellung geprüft und abgenommen. Wenn alles in Ordnung ist, darf die nächste Schicht eingebaut werden. Für jede einzelne Schicht sind die Art der Prüfungen sowie die Prüfmethoden in Vorschriften vorgeschrieben : • Erdarbeiten und Unterbau ZTVE • Tragschichten ZTVT • Deckschichten - Pflaster ZTV – P 2000 - Asphalt ZTV Asphalt - Beton ZTV Beton-StB Für die verwendeten Baustoffe gelten : • Mineralstoffe TP Min St • Bitumenhaltige Bindemittel DIN EN 12 591 DIN 52 000 – 52 048 • Asphaltgemische DIN 1996 - Vor jeder Abnahme ist ein genau festgelegtes und definiertes Prüfregime vorgeschrieben, das sich in : • Eignungsprüfung • Eigenüberwachung in der Verantwortung des Auftragnehmers ( AN ) • Kontrollprüfungen in der Verantwortung Auftraggebers ( AG ) Dokumentiert. 5.1 Eignungsprüfungen • 5.2 Eignungsprüfungen sind Prüfungen zum Nachweis der Eignung der Baustoffe und Baustoffgemische für den vorgesehenen Verwendungszweck entsprechend den Anforderungen des Bauvertrages. Diese Prüfungen hat der AN unmittelbar bei Anlieferung des Materials, auf der Baustelle durchzuführen. Allein der Hinweis auf vorliegende Gütezertifikate genügt nicht. Der AN muss sich selbst überzeugen, dass das angelieferte Material für den vorgesehenen Verwendungszweck entsprechend den Anforderungen geeignet ist. Erst, wenn feststeht, dass alles in Ordnung ist, darf das Material zum Einbau freigegeben werden. Von jedem zu verarbeitenden Material hat der AN Rückstellproben aufzubewahren, die später dem AG auf Anforderung für Prüfzwecke zur Verfügung gestellt werden. Eigenüberwachung Eigenüberwachungsprüfungen sind Prüfungen des AN oder dessen Beauftragten, um festzustellen, ob die Güteeigenschaften der Baustoffe, der Baustoffgemische und der fertigen Leistungen den vertraglichen Anforderungen entsprechen. Diese Prüfungen sind unmittelbar und ständig während der Bauausführung durchzuführen. Besonderer Schwerpunkt der Eigenüberwachungsprüfungen ist der Nachweis der erreichten Qualitätsparameter der fertigen Leistung. Neben in den Vorschriften jeweils festgelegten speziellen Prüfungen sind für jede Schicht nachzuweisen: Die erreichten Verdichtungsparameter Einbaudicke bzw. Einbauschicht Die profilgerechte Lage Die Ebenheit bzw. Einhalten der Planumstoleranzen Die Ergebnisse und Prüfprotokolle der Eigenüberwachungen hat der AN dem AG bei Abnahme der fertigen Leistung vorzulegen. • - 5-1 - Qualitätssicherung im Straßenbau 5.3 Kontrollprüfungen Kontrollprüfungen sind Prüfungen des AG, um festzustellen, ob die Güteeigenschaften der Baustoffe, der Baustoffgemische und der fertigen Leistungen den vertraglichen Anforderungen entsprechen. Ihre Ergebnisse werden der Abnahme zugrunde gelegt In der Regel beauftragt der AG ein Prüflabor mit den erforderlichen Untersuchungen und ist damit bevorteilt, denn die Prüflabors sind besonders qualifiziert, weil sie ausschließlich derartige Arbeiten ausführen. Die Baustoffprüfungen werden anhand der Rückstellproben des AN durchgeführt.Werden auf der Baustelle Prüfungen durchgeführt, so sollen diese in Anwesenheit des AN erfolgen. Der Prüfumfang der Kontrollprüfungen entspricht dem der Eigenüberwachungsprüfungen. Wenn der AN Zweifel am Ergebnis der Kontrollprüfungen hat oder vermutet, dass das Ergebnis nicht repräsentativ für die gesamte zu prüfende Fläche ist, kann er die Durchführung zusätzlicher Kontrollprüfungen verlangen. Dieses Recht steht dem AG ebenfalls zu. Diese zusätzlichen Kontrollprüfungen führen AG und AN gemeinsam durch. • Nach Vorliegen aller Prüfergebnisse kommt es zur Abnahme. Der AG kann die Abnahme verweigern, wenn die festgestellten Mängel eine gebrauchsmäßige Nutzung der fertigen Leistungen nicht zulassen. In solchen fällen hat der AN Nachbesserungen vorzunehmen, die erneut durch Eigenüberwachungsprüfungen und Kontrollprüfungen zu belegen sind. Werden Mängel festgestellt, die zwar eine Nutzung der fertigen Leistung zulassen, aber infolge Nichteinhaltung geforderter Grenzwerte zu Qualitätsminderung führen, so kann der AG Preisabzüge vornehmen, deren Größenordnung in den ZTV – Vorschriften jeweils detailliert quantifiziert ist. Die Gewährleistungsverpflichtungen des AN bleiben davon unberührt. - 5-2 - Erhaltung von Straßen 6 Erhaltung von Straßen 6.1 Instandhaltung Mit der Instandhaltung bezweckt man, die Fahrbahn dauernd in verkehrssicherem Zustand zu halten und den Zeitpunkt der ungenügenden Befahrbarkeit der Straße möglichst lange hinauszuschieben. Der Instandhaltungs- und Winterdienst wird in der Regel durch eigens hierfür geschaffene Bereiche der öffentlichen Verwaltung besorgt, die über die erforderlichen Geräte und Hilfseinrichtungen verfügen. Straßenreinigung Die Verkehrsanlagen müssen periodisch gereinigt werden. Nur saubere Straßen sind griffig und verkehrssicher; durch die Reinigung wird der Wasserabfluss verbessert und die Lebensdauer verlängert. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und Verkehrssicherheit erfolgt dies durch Reinigungsmaschinen. Vor allem im Frühjahr, wenn auf den Fahrbahnen noch vom Winterdienst herrührender Sand liegt, ist es wünschenswert, die Straßen gründlich zu reinigen. Besonders wichtig im Hinblick auf die Verkehrssicherheit ist auch eine häufige Reinigung laubbedeckter Straßen im Herbst. Unterhalt der Entwässerungsanlagen Ungenügende oder mangelhafte Entwässerung können sehr rasch zu umfangreichen Schäden am Bauwerk/Straße führen. Auch ausreichend dimensionierte Entwässerungsanlagen nützen nur dann etwas, wenn sie funktionieren. Die Entwässerungseinrichtungen müssen deshalb laufend überwacht, gereinigt und wenn nötig instand gestellt werden. Böschungsunterhalt Abgerutschte Damm- und Einschnittsböschungen sind profilgerecht instand zu stellen und durch Schikanen wie Faschinen, Flechtwerk usw. zu schützen. Vorhandenes Bodenwasser ist zu fassen und abzuleiten. Bei größeren Schäden müssen weitergehende Sicherungsmaßnahmen ins Auge gefasst werden. Nach der Tauperiode sind Felspartien und Böschungen von Steinen, die durch Frosteinwirkungen losgesprengt wurden, zu säubern. Bei besonders gefährdeten Stellen müssen unbedingt Schutzvorkehrungen (Drahtnetze u.a.) getroffen werden. 6.2 Instandsetzung Von Instandsetzung spricht man bei der Behebung von kleineren Schäden, die in örtlich begrenztem Umfang auftreten. Da der Prozess der Zerstörung einer Strasse lawinenartig erfolgen kann, müssen alle Schäden im Anfangsstadium erkannt und unverzüglich repariert werden. Falls die äußeren Umstände eine rasche Durchführung der Flickarbeiten nicht ermöglichen, sind geeignete Sofortmaßnahmen zu treffen, damit die Verkehrssicherheit erhalten und eine Vergrößerung des Schadens vermieden wird. (Bsp.: es treten im Winter Schlaglöcher auf, die zu dieser Zeit nicht vernünftig geflickt werden können. Als Sofortmaßnahmen werden die Löcher provisorisch mit Kaltmischgut verfüllt und erst im folgenden Frühsommer definitiv repariert.) Einige Erscheinungsformen von Schäden, mögliche Schadensursachen und Ratschläge zur Durchführung von Flickarbeiten werden nachstehend gegeben. Ausmagerungen Besonders raue Belagsflächen, die ausgemagert scheinen und zum Absanden neigen, erkennt man am Aussehen nach Regenfällen, sie bleiben länger feucht. Die Ursachen können Mischgutmängel sein; häufiger sind derartige Stellen die Folge ungenügender Verdichtung. Ausgemagerte Partien und Haarrisse werden am besten mit Oberflächenbehandlungen oder durch Aufbringen von Schlämmen saniert. Als OB wird eine raschbrechende Bitumenemulsion aufgespritzt, bei sehr kleinem Umfang evtl. mit Besen verteilt und mit Brechsand oder Splitt 3/6 mm abgestreut. Einzelrisse Einzelne Risse, insbesondere solche, die längs der Strassenachse verlaufen, sind vielfach die Folge von ungleichmässigen Frosthebungen. Sie schliessen sich hie und da im Sommer unter der Einwirkung hoher Temperaturen und der Fahrzeugreifen von selbst («Selbstheilung»). Andernfalls werden sie wie folgt ausgebessert: - 6-1 - Erhaltung von Straßen Sauber reinigen, evtl. Staub mit Druckluft ausblasen. Vergiessen mit Bitumenemulsion; bei großer Rissbreite wird gleichzeitig Brechsand eingebürstet. Nahtschäden Unsachgemäß hergestellte Längsnähte führen verhältnismäßig rasch zu Schäden. Das Ausbessern bezieht sich meist nicht bloß auf die eigentliche klaffende Naht, sondern auch auf die weniger gut verdichteten, porösen Zonen beidseits des Risses. Die offene Naht wird gereinigt und mit einem Voranstrich (Emulsion oder Lack-Bitumen) versehen, damit das frisch eingebrachte Material gut haftet. Zum Verfüllen wird ein feinkörniges Heißmischgut oder ein Asphaltmastix verwendet. Da die geringen Mischgutmengen sehr rasch abkalten, empfiehlt sich der Einsatz eines lnfrarotstrahlers zum Beheizen des Mischgutes und der Nahtzone. In einzelnen Fällen wird auch Kaltmischgut, das fertig bezogen oder an Ort und Stelle aus Emulsion, Splitt und Sand hergestellt wird, verwendet. Für engere Nahtschäden genügt ein Verfüllen mit Emulsion oder Schlämme, wie es vorher im Zusammenhang mit der Sanierung von Rissen beschrieben wurde. Die Verbesserung der porösen Bereiche beidseits der Naht erfolgt am einfachsten zusammen mit dem Flicken der Nahtöffnung. Mit dem Heizgerät wird diese Zone aufgewärmt und dann mit einer Pneuwalze abgewalzt. Falls mit dieser Methode kein befriedigendes Resultat erzielt wird, sind zusätzliche Maßnahmen vorzusehen, wie OB mit Emulsion oder Aufbringen von Schlämme. Bei ausgedehnten Nahtschäden wird die gesamte Nahtzone in einer Breite von 30—50 cm entfernt. Die beidseitigen Begrenzungen sind geradlinig und sauber auszubilden, am besten durch Fräsen. Die Reparaturstelle wird gereinigt, vorangestrichen, evtl. beheizt, und dann wird feinkörniges Mischgut eingebaut und intensiv mit der Gummiradwalze verdichtet. Dieses Verfahren muss äußerst sorgfältig durchgeführt werden; es entstehen zwei neue Längsnähte, und wenn diese nicht besser sind als die ursprüngliche, ist das Ziel sicher nicht erreicht worden. Netzrisse und Verdrückungen Netzrisse können in einzelnen Fällen auf Mischgut- und Einbaumängel zurückzuführen sein. Meistens sind sie aber die Folge von ungenügender Tragfähigkeit der Strasse während der Auftauperiode. Darauf kann insbesondere dann geschlossen werden, wenn in den gerissenen Zonen außerdem Verdrückungen im Bereich der Radspuren sichtbar sind. Derartige Schäden lassen sich nicht durch eine Oberflächenbehandlung sanieren — das würde höchstens eine kurz andauernde Verklebung bewirken —, sondern nur durch eine Verbesserung der Tragfähigkeit des gesamten Oberbaues. Eine Reparatur im Rahmen des Straßenunterhaltes soll nur dann gemacht werden, wenn einzelne, lokal begrenzte Stellen defekt sind; falls es sich um ausgedehnte Flächen handelt, sind andere Maßnahmen zu treffen, auf die später eingetreten wird. Die Schadenstelle wird ausgepackt, d.h., der gesamte Oberbau in diesem Bereich wird von Hand oder maschinell ausgegraben und abgeführt. Bevor man wieder einkoffert, muss die zu reparierende Zone gründlich entwässert werden. Häufig ist ja nicht ungeeignetes Material die Schadenursache, sondern eine unzureichende Drainage, und wenn wir diese nicht verbessern, nützt die ganze Sanierung nichts. Man wird deshalb ein Planum erstellen und dieses mit einem Sickerschlitz oder einer Sickerleitung an die nächstliegende Entwässerung anschließen. Erst dann wird die neue Fundationsschicht eingebracht und darauf die HMT und der Belag eingebaut. Der neue Oberbau soll nicht schwächer, aber auch nicht wesentlich stärker sein als der Oberbau der anschließenden, nicht berührten Zonen. Schlaglöcher Schlaglöcher sind weitergehende Zerstörungen ausgemagerter oder gerissener Partien. Bei gut funktionierendem Unterhaltsdienst sollten sie eigentlich gar nicht auftreten; man hätte die Schäden schon zu einem früheren Zeitpunkt erkennen und beheben müssen. Schlaglöcher dürfen unter keinen Umständen während längerer Zeit offen sein; fehlende Verkehrssicherheit und die Gefahr noch größerer Beschädigung erfordern Sofortmassnahmen, die z.B. darin bestehen können, die Löcher mindestens provisorisch mit Kaltmischgut oder mergeligem Kiesmaterial zu verfüllen. 1. Schlagloch rechtwinklig und mit senkrechten Kanten bis zum gesunden Teil der bituminösen Befestigung aushacken und reinigen. 2. Anstreichen der Ränder und der Sohle mit Bitumenemulsion. Wenn Wasser vorhanden ist, muss vorher gründlich getrocknet werden (evtl. mit Heizgerät). 3. Schichtenweises Einbauen von HMT. Das Verdichten erfolgt von Hand oder mittels Vibrationsplatten oder -stampfern. Die Oberfläche der HMT soll 3—4 cm unter der Belagsoberfläche liegen. 4. Da die Kanten des bestehenden Belages beim Einbauen und Verdichten der HMT möglicherweise beschädigt worden sind, werden sie nachgeschnitten (Fräse), gereinigt und mit einem Voranstrich versehen. 5. Einbauen und Verdichten des neuen Deckbelages, dessen Zusammensetzung möglichst gleich sein muss wie die der anschließenden Belagsflächen. Es ist darauf zu achten, dass die neue - 6-2 - Erhaltung von Straßen Belagsoberfläche absolut plan zur bestehenden liegt und das Mischgut ausreichend verdichtet ist; man wird hierfür in der Regel eine Vibrationswalze oder eine Pneuwalze einsetzen. Um die Probleme der Verdichtung und der Nachverdichtung derartiger Flickstellen zu umgehen, lässt sich anstelle von AB oder TA auch Gussasphalt verwenden. Spurrinnenbildung Rinnen in den Fahrspuren können auftreten durch plastische Verformungen des Mischgutes bei hohen Sommertemperaturen oder langer Lasteinwirkungszeit. Vielfach sind sie auch die Folge ungleichmäßiger Abnützung der Beläge beim winterlichen Spikeverkehr. Spurrinnen vermindern die Verkehrssicherheit und begünstigen das Eintreten des «Aquaplaning». Deshalb müssen sie saniert werden, sobald sie eine bestimmte, von den Randbedingungen (Ausbaugeschwindigkeit, Längs- und Quergefälle, Linienführung der Strasse usw.) abhängige Tiefe erreicht haben. Eine wirksame Sanierung der Spurrinnen ist nur durch Belagserneuerung auf der gesamten Fläche möglich. Alles andere ist Flickwerk, das höchstens für einige wenige, örtlich eng begrenzte Stellen in Frage kommen kann. Möglichkeiten für eine provisorische Verbesserung sind: 1. Ein- oder mehrmaliges Aufspritzen von Bitumenemulsion und jeweils Abstreuen mit Brechsand und feinkörnigem Splitt. Durch Abstimmung der Splittgröße auf die Rinnentiefe lässt sich ein verhältnismäßig guter Ausgleich erzielen. 2. Reinigen und Voranstrich der zu sanierenden Flächen. Einbauen eines Streifens feinkörnigen Heißmischgutes und sorgfältiges Verdichten. Unebenheiten Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche können verschiedene Ursachen haben: - Einbaufehler, - Setzungen des Untergrundes oder der Schüttungen, - plastische Verformungen des Mischgutes im Sommer bei großer Schubbeanspruchung (z.B. Wellen bei einer Stoppstelle). Fahrbahnen mit ausgedehnten unebenen Flächen lassen sich nur durch Maßnahmen korrigieren, die auf die volle Länge und Breite ausgeführt werden, z.B. mit neuen Ausgleichs- und Verschleißschichten. Sanierungen einzelner unangenehmer oder gefährlicher Mulden oder Buckel (vor allem auch Unebenheiten, die die Bildung von Wasserlachen begünstigen) werden folgendermaßen vorgenommen: Mulden Es wird zwischen den Hochpunkten ein Heißmischbelag von variabler Schichtdicke eingebaut und verdichtet. Bei großer Muldentiefe erfolgt der Einbau in zwei oder mehr Schichten, wobei man vom tiefsten Punkt ausgeht und die einzelnen Schichten sukzessive länger auszieht. Die neue Decke soll im Hinblick auf die Ebenheit zweckmäßigerweise in voller oder mindestens halber Fahrbahnbreite und wenn möglich maschinell verlegt werden. Zum saubern Anpassen der neuen Deckschicht wird der bestehende Belag in der Übergangszone auf einer Breite von 20—50 cm abgefräst, und die Anschlusskante wird geradlinig angeschnitten. Damit lässt sich ein höhengleicher Übergang zur Flickstelle erzielen. Buckel Kurze, «schlagende» Buckel können u.U. entschärft werden, indem man das Mischgut mit einem lnfrarotstrahler aufheizt und dann mit einer Vibrationswalze (oder einer Glattwalze mit hoher Linienpressung) versucht, durch Walzen in Querrichtung ein nachträgliches Zusammendrücken zu erzielen. Falls diese Methode des Nachverdichtens nichts bringt, muss das Mischgut erwärmt und abgeschält oder mittels einer Hobelmaschine abgeschliffen werden. Überfettete Stellen Ein Bindemittel- und Mörtelüberschuss an der Belagsoberfläche kann sich ergeben, wenn der Bindemittelgehalt des Mischgutes zu hoch war oder wenn sich das Material beim Einbauen und Verdichten entmischt hat. Im Gegensatz zu den ausgemagerten Stellen eines Belages muss bei überfetteten Partien keine Verkürzung der Lebensdauer befürchtet werden. Falls die Überfettung auf einen zu hohen Bindemittelgehalt zurückzuführen ist (das kann mittels Mischgutuntersuchungen festgestellt werden), ist zu befürchten, dass bei hohen - 6-3 - Erhaltung von Straßen Sommertemperaturen dauernd überschüssiges Bindemittel hochsteigt und den Belag glättet und dass der Verformungswiderstand reduziert sein wird. Um das zu verhindern, muss entweder eine neue Deckschicht verlegt oder schlimmstenfalls das mangelhafte Mischgut ausgebaut werden. Weniger gravierend ist der zweite Fall, bei dem der Bindemittelüberschuss nur oberflächlich ist und durch eine Entmischung während des Einbauens verursacht wurde. Dieser sehr dünne Bindemittelfilm wird durch den Verkehr spätestens im folgenden Winter) abgerieben. Sofern er bis dahin verkehrsgefährdend scheint, sind folgende Maßnahmen zu treffen: - Geschwindigkeitsbeschränkung auf der fraglichen Strecke oder - Absplitten der schwitzenden Stellen oder - mechanisches Abschleifen des Bindemittelfilms. Reparaturarbeiten an Betonstrassen Zum Teil ist die Behebung von Schäden an Betonstrassen gleich wie diejenige an flexiblen Strassen. Es werden nachfolgend nur die für den Zementbeton charakteristischen Schadenerscheinungen und die entsprechenden Reparaturmöglichkeiten genannt. Oberflächenschäden Die hauptsächlichen Oberflächenschäden der Betondecke sind Abblätterungen und Absanden. Ihre Ursache liegt in der Einwirkung von Frost und Tausalz. Die Schäden können sich nur auf die Oberfläche oder auf die gesamte Oberbetonschicht beziehen. Wie tief der Beton geschädigt ist, lässt sich anhand von Bohrkernen feststellen. Wenn es sich nur um dünnschichtige Abblätterungen handelt, müssen nicht unbedingt Reparaturen vorgenommen werden oder dann höchstens eine Behandlung mit der Diamanthobelmaschine, um ein gleichmäßiges Aussehen zu erzielen. Eine Methode, um gefährdete Oberflächen zu schützen, ist die Imprägnierung. Ihre Wirkung beruht darin, dass die offenen Kapillarporen mit dem lmprägnierungsmittel gefüllt werden, so dass sich eine Versiegelung ergibt, die das Eindringen von Wasser und Tausalz verhindert. Die Imprägnierung ist von Zeit zu Zeit zu wiederholen. Eines der möglichen lmprägnierungsmittel ist Leinöl. Bei der Ausführung muss allerdings darauf geachtet werden, dass die Griffigkeit der Fahrbahn nicht unzulässig stark vermindert wird. Neuerdings tendiert man zu gelartigen lmprägnierungsmitteln, die von Spezialfirmen geliefert und aufgebracht werden. Sofern aus den Untersuchungen hervorgeht, dass der nicht gesunde Beton tiefer reicht als etwa 3 mm, muss die kritische Schicht mit Stockhammer oder Spitzhammer entfernt werden. Die Ränder der zu flickenden Stelle sind rechtwinklig anzuschneiden (Fräse). Die Grundfläche wird sauber mit Besen und Druckluft gereinigt, evtl. mit Sand gestrahlt. Als provisorische Maßnahme können die Flickarbeiten mit bituminösem Mischgut ausgeführt werden. Für definitive Reparaturen kommen entweder Zementmörtel oder auf Kunststoffbasis aufgebaute Mörtel in Frage. Bei Verwendung von Zementmörtel oder feinkörnigem Beton als Flickmaterial wird die gereinigte und genässte Kontaktfläche mit Zementbrei eingebürstet. Der Beton wird von Hand oder mit Plattenvibratoren verdichtet und muss nachbehandelt werden (feuchtes Jutetuch, Curing Compound). Die Sperrzeit variiert je nach Erhärtungszeit des verwendeten Zementes zwischen 24 Stunden und mehreren Tagen. Die Verwendung von Mörtel oder Beton auf Kunststoffbasis hat den Vorteil, dass die Sperrzeit wesentlich kürzer ist und die Flickstellen gefahrlos auf Null auslaufen können. Wegen der höhern Materialkosten wird sie aber höchstens für dünnschichtige Flicke in Frage kommen. Es ist zu beachten, dass die Kontaktfläche absolut trocken sein muss, da die verwendeten Baustoffe sehr feuchtigkeitsempfindlich sind. Man muss deshalb den alten Beton vorsichtig beheizen (mit lnfrarotstrahlern, nicht mit offener Flamme) oder dann nur in längern Trockenperioden arbeiten. Fugenschäden Die Fugen benötigen einen laufenden Unterhalt. Die Vergussmasse darf in der heißen Jahreszeit weder erheblich hochquetschen noch absacken und soll im Winter nicht reißen. Der Verguss darf sich zudem nur in geringem Umfang vom Beton ablösen. Die meisten auftretenden Fugenschäden sind das Ergebnis nicht fachgemäßer Arbeit. Schadenstellen kleinen Umfanges werden mit Kunststoffmörtel geflickt oder noch einfacher mit Fugenvergussmasse ausgefüllt. Bei weitergehenden Absprengungen werden die Öffnungen mit Spitzeisen erweitert und senkrecht scharf abgegrenzt. Die Reparatur erfolgt dann entweder mit Zement- oder Kunststoffmörtel; die Ausführung entspricht der vorher beschriebenen lnstandstellung von Oberflächenschäden. - 6-4 - Erhaltung von Straßen Rissbildungen Enge Schwindrisse gehen meist nicht tief und sind ungefährlich. Mit der Zeit schließen sie sich durch Kalkausscheidungen ohne unser Dazutun («Selbstheilung»). Falls die Rissbreite hingegen größer als 1 mm ist, besteht das Risiko, dass sich der Riss auf ganze Betonstärke ausdehnt und Wasser durchlässt. Um Schäden, die daraus entstehen können, auszuschließen, sind solche Rissöffnungen mit Vergussmasse auszufüllen oder - falls sie weiterarbeiten - als Fuge auszubilden. Zu diesem Zweck spitzt man längs des Risses einen geradlinig verlaufenden Streifen heraus, und im neu eingebrachten Beton wird eine Kontraktionsfuge geformt. Versuche, die mit Kunststoff gemacht wurden, haben neue Wege der Rissinstandstellung aufgezeigt. Das verwendete Kunststoffmaterial ist dünnflüssig genug, um genügend tief in die Risse einzudringen, und hat eine hohe Klebkraft, so dass nach dem Erhärten des Kunststoffes der Riss dicht ist und sich nicht mehr öffnen kann. 6.3 Erneuerung / Straßensanierung Von Straßensanierung spricht man, wenn innerhalb eines bestimmten Straßenstückes größere zusammenhängende Flächen Schäden aufweisen, so dass die gesamte Fahrbahn verbessert werden muss. Der Ablauf einer Sanierung erfolgt in drei Stufen: 1. Analysieren – finden der Schadensursache 2. Entscheiden – wählen von nur einer Sanierungsmaßnahme, die die Schadensursache bekämpft 3. Ausführen: a) Mechanische Bearbeitung b) Oberflächenbehandlung mit speziellen Bindemitteln c) Slurry Seal: Verfahren nach welchem Brechsand, Filler, Bitumenemulsion und Wasser kalt gemischt und mit einem eigens hierfür konstruierten Verteilgerät aufgetragen werden d) Belagsüberzug mit oder ohne Vorflicken, je nach Voraussetzungen e) Abschälen oder Abfräsen und Belagserneuerung (Heating and Planing, System Repave) f) Profilkorrektur mit Zementbeton oder bituminösen Schichten g) Oberbauverstärkung im Hocheinbau h) Verstärkung der bituminösen Befestigung; evtl. Stabilisieren der Fundationsschicht i) Oberbauerneuerung - 6-5 -
