Straßenbau 2013 - am ISE
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Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
1 Allgemeines 1-1<br />
1.1 Bedeutung des Straßenbaus 1-1<br />
1.2 Straßenbaugeschichte 1-1<br />
1.3 Technische Regelwerke 1-10<br />
1.4 Terminologie 1-11<br />
1.5 Anforderungen an die Fahrbahnbefestigung 1-14<br />
1.6 Verständnisfragen 1-15<br />
2 Erdbau 2-1<br />
2.1 Einstufung von Boden und Fels 2-1<br />
2.2 Untergrund und Unterbau 2-8<br />
2.2.1 Frostempfindlichkeit von Böden 2-10<br />
2.2.2 Verdichtungszustand des Bodens 2-13<br />
2.2.3 Anforderungen an das Verdichten 2-20<br />
2.2.4 Prüfung des Tragverhaltens (Verformungsmodul) 2-20<br />
2.2.5 Anforderungen an den Verformungsmodul 2-24<br />
2.3 Bodenverbesserung und Bodenverfestigung 2-25<br />
2.4 Verständnisfragen 2-28<br />
3 Oberbau 3-1<br />
3.1 Einteilung in Belastungsklassen 3-3<br />
3.2 Frostsicherer Oberbau 3-11<br />
3.3 Bauweisen und Schichtdicken 3-13<br />
3.4 Funktionen und Funktionsweisen der Schichten 3-18<br />
3.5 Verständnisfragen 3-22<br />
4 Asphaltbauweise 4-1<br />
4.1 Ausgangsstoff Bitumen 4-1<br />
4.2 Ausgangsstoff Gesteinskörnung 4-7
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Eisenbahnwesen<br />
4.3 Asphaltschichten und Mischgutarten 4-8<br />
4.3.1 Asphalttragschicht 4-12<br />
4.3.2 Asphaltbinderschicht 4-14<br />
4.3.3 Asphaltdeckschicht 4-15<br />
4.3.4 Asphalttragdeckschichtmischgut 4-22<br />
4.4 Prüfungen im Asphaltstraßenbau 4-23<br />
4.4.1 Qualitätssicherung 4-23<br />
4.4.2 Bestimmung ausgewählter Kenngrößen und Eigenschaften 4-25<br />
4.5 Verständnisfragen 4-34
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
1 Allgemeines<br />
Im Vorlesungsteil Straßenbautechnik werden neben der Vorbereitung des Untergrundes<br />
bzw. Unterbaus die für den Oberbau benötigten Baustoffe und ihre Eigenschaften sowie die<br />
Dimensionierung des Straßenkörpers behandelt. Die unterschiedlichen Bauweisen wie Asphalt,<br />
Beton oder Pflaster sind ebenso von Interesse wie die Oberflächeneigenschaften<br />
Ebenheit, Griffigkeit, Helligkeit und die Struktureigenschaften Standfestigkeit und Verformungsbeständigkeit.<br />
Ziel der Vorlesung ist es, Grundkenntnisse zur Bemessung des Straßenkörpers<br />
und der einzelnen Schichten in Abhängigkeit des anstehenden Untergrundes<br />
und der künftigen Beanspruchung, die Vor- und Nachteile verschiedener Baustoffe und<br />
Bauweisen, die Prüfungsmethoden für Baustoffe, Baustoffgemische und fertige Straßen sowie<br />
die für den Straßenbau maßgebenden Richtlinien und DIN-Normen zu vermitteln.<br />
1.1 Bedeutung des Straßenbaus<br />
Der Straßenbau umfasst nicht nur den Neubau von Straßen, sondern vor allem die Erhaltung<br />
des bestehenden Netzes. Die heutige Verkehrssituation ist von zunehmendem Verkehr,<br />
insbesondere Schwerverkehr, geprägt. Diese Steigerung der Verkehrsnachfrage entsteht<br />
beispielsweise durch den EU-Binnenmarkt, der in den bereits vorhandenen Engpässen neue<br />
Mobilität erzeugt, oder durch die Öffnung der Grenzen nach Osten, die neue Verkehrsströme<br />
in Ost-West-Richtung mit sich bringt. Auch in den Ballungsräumen ist die Verkehrslage zunehmend<br />
schwierig. Aus diesen ansteigenden Verkehren ergibt sich die Forderung, dass die<br />
CO 2 -Emissionen erheblich gesenkt werden müssen.<br />
Gemäß der Bundesverkehrswegeplanung soll es zukünftig eine stärkere kommunale Verkehrspolitik<br />
geben, die sich beispielsweise mit Parkraumbewirtschaftung o.ä. beschäftigen<br />
soll. Ein weiteres Ziel ist die Steigerung der Attraktivität des Schienenverkehrs. Auch für das<br />
bestehende Straßenverkehrsnetz werden Verbesserungen angestrebt, wobei vor allem die<br />
steigende Nachfrage berücksichtigt werden muss. In den neuen Bundesländern besteht immer<br />
noch Nachholbedarf, aber auch in den alten Bundesländern gilt es noch, Lücken im<br />
Netz zu schließen. Auch der Bau von Ortsumgehungen wird zukünftig weiterhin notwenig<br />
sein. Aber speziell das Thema Instandhaltung und Erneuerung des Bestandes wird künftig<br />
immer mehr an Bedeutung gewinnen.<br />
1.2 Straßenbaugeschichte<br />
Die Geschichte der Straßen beginnt schon sehr früh. In erstaunlich kurzer Zeit entwickelten<br />
sich aus Fährten und Pfaden ausgeprägte Wege und daraus wiederum Straßen. Unter den<br />
- SB 1-1 -
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von Menschen geschaffenen Werken sind Straßen sowohl in ihrer Veränderlichkeit wie auch<br />
in ihrer Langlebigkeit etwas Außerordentliches. Die Geschichte der Wege und Straßen ist<br />
ein Teil der Menschheitsentwicklung. Der Fortschritt in der Entwicklung der menschlichen<br />
Gesellschaft bedingt ein jeweils angepasstes gut funktionierendes Netz von Wegen bzw.<br />
Straßen. Je besser der Zustand der Wege und Straßen und je abgestimmter letztendlich die<br />
Verkehrssysteme aufeinander sind, um so komfortabler, schneller und wirtschaftlicher lassen<br />
sich Personen und Güter transportieren.<br />
In der Urgesellschaft genügten den Jägern und S<strong>am</strong>mlern zufällig entstandene Naturwege,<br />
Saumwege und Tr<strong>am</strong>pelpfade, um zu ihren Zielen zu gelangen. In späteren Zeiten brachten<br />
immer größere Ansiedlungen ein erhöhtes Naturaltausch- und Handelsaufkommen mit sich,<br />
das zwangsläufig mit organisierten und regelmäßigen Reisen einherging. D<strong>am</strong>it entstanden<br />
bereichsweise lange, aber unbefestigte Wegesysteme. Einer dieser Wege, der Geschichte<br />
gemacht hat, ist die sogenannte Gewürzstraße, auch Weihrauchstraße genannt, die von<br />
Arabien nach Ägypten führte. Was Arabien an Schätzen zu bieten hatte und liefern konnte,<br />
wurde auf ihr von unzähligen K<strong>am</strong>elkarawanen nach Ägypten und Syrien gebracht. Die genaue<br />
Linienführung der Weihrauchstraße liegt leider nicht mehr vor. Der ungefähre Verlauf<br />
der Bernstein-, Salz- und Seidenstraßen, die vom Mittelmeer bis zur Nord- und Ostsee führten.<br />
ist in Abbildung 1.1 zu sehen. Weitere Karawanenstraßen befanden sich in Afrika und<br />
Asien. Als berühmteste dieser Straßen ist die Seidenstraße zu nennen (Abbildung 1.2), ein<br />
System von Karawanenwegen aus der Zeit um 300 v. Chr. Bei all diesen Straßen handelt es<br />
sich jedoch mehr um Handelswege oder -beziehungen, aber noch nicht um gebaute Straßen.<br />
Abbildung 1.1<br />
Verlauf der Bernstein-, Salz- und Seidenstraßen (SCHREIBER<br />
1965)<br />
- SB 1-2 -
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Abbildung 1.2 Verlauf der Seidenstraße (LAY 1994)<br />
Der eigentliche Straßenbau begann, als Menschen planmäßig Straßen anlegten und ihnen<br />
eine geebnete und befestigte Oberfläche sowie einen haltbaren Unterbau gaben. In den<br />
Sumpfgebieten Nord- und Osteuropas hatte man schon in vorgeschichtlicher Zeit Holzwege<br />
und Knüppeldämme durch die großen Moore gelegt. Wesentlich tragfähiger und technisch<br />
vollkommener waren die Bohlenwege aus gespaltenen Eichen- oder Kieferstämmen<br />
(Abbildung 1.3).<br />
Abbildung 1.3 Bohlenweg (SCHREIBER 1965)<br />
- SB 1-3 -
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Auch die Babylonier, Ägypter, Perser und Griechen verfügten bereits über planmäßig angelegte<br />
und befestigte Verkehrswege. Mit den chinesischen Straßen werden auch die ersten<br />
Straßenbauingenieure der Geschichte genannt. Die höchstentwickelte Straßenbaukunst und<br />
das imposanteste Straßennetz des Altertums wurde jedoch von den Römern geschaffen. In<br />
der Zeit von 600 vor bis 200 nach Chr. wurden rund 90.000 km gute Steinstraßen gebaut,<br />
die um das ges<strong>am</strong>te Mittelmeer führten und Kleinasien sowie Europa südwestlich einer Linie<br />
Istanbul – Wien – Köln - Edinburgh durchzogen (Abbildung 1.4). Ergänzt wurde dieses Netz<br />
von ca. 300.000 km Kies- und Erdstraßen. Dies machte in Europa, Kleinasien und Nordafrika<br />
Reisezeiten möglich, die bis zum Zeitalter der Eisenbahn kaum noch verkürzt werden<br />
konnten. Die Motive, die hinter dem römischen Straßenbau standen, waren von den militärischen<br />
Erfordernissen geprägt und lagen in der Erhaltung und Erweiterung ihres Machtbereiches.<br />
Abbildung 1.4 Römisches Straßennetz (LAY 1994)<br />
Viele Elemente ihrer Straßenbaukunst haben die Römer den unterworfenen Völkern zu verdanken.<br />
Von Minoern und Karthagern st<strong>am</strong>mten Traditionen, auf welche die Römer aufbauen<br />
konnten. Im Laufe der Zeit haben die römischen Straßenbauer die Bauverfahren ständig<br />
verbessert und sich an Grundsätze gehalten, die noch heute Gültigkeit haben. Die großen<br />
Römerstraßen wurden auf dem gewachsenen Boden gebaut, der bis zu einer festen Sohle<br />
- SB 1-4 -
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abgetragen oder mit Holzpfählen verstärkt wurde. Auf den festen oder befestigten Untergrund<br />
wurde der „agger“ aufgebracht. Der darauf folgende Oberbau bestand aus mehreren<br />
Schichten (Abbildung 1.5) und konnte je nach den örtlichen Gegebenheiten ganz verschieden<br />
aussehen. Er richtete sich auch nach der Art der künftigen Nutzung und der Bedeutung<br />
der Straße.<br />
Abbildung 1.5 Aufbau einer Römerstraße (LAY 1994)<br />
Nach dem Zerfall des weströmischen Reiches vollzog sich der Verkehr noch über Jahrhunderte<br />
auf den Straßen der römischen Baumeister. Immer mehr k<strong>am</strong>en jedoch wieder Naturstraßen<br />
auf, Kunststraßen wurden kaum noch gebaut. Der Grund dafür ist einerseits in den<br />
fehlenden Mitteln der neuen Gemeinwesen zu suchen. Zudem wurden aufgrund neuer Verteidigungsstrategien<br />
bestehende Durchgangsstraßen geschlossen. Da sich die Menschen in<br />
dieser Zeit viel weniger mit Fahrzeugen fortbewegten, bestand auch kein Interesse daran,<br />
neue Verbindungen zwischen den Siedlungen zu schaffen.<br />
Erst die Städtebildung im Mittelalter, die mit einer Blütezeit im Handel einherging, die Gründung<br />
der Messeorte im 12. Jahrhundert als bedeutende Verkehrsknoten und die Zunahme<br />
des Handelsverkehrs über weitere Strecken mit der Bildung von Handelsgesellschaften im<br />
13. und 14. Jahrhundert gaben dem Verkehr neuen Aufschwung. Von dieser Zeit an bestand<br />
die Straßenbautätigkeit im Wesentlichen darin, die alten Römerstraßen instand zu setzen.<br />
Teilweise wurden auch neue Straßen gebaut, jedoch mit äußerst einfachen Mitteln wie z.B.<br />
- SB 1-5 -
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unter Verwendung von Reisigbündeln und Strauchwerk. Im Vergleich zu den Römern waren<br />
die Methoden der Straßenbautechnik im Mittelalter höchst primitiv. Bis etwa zum 17. Jahrhundert<br />
wurde das Straßennetz so vernachlässigt. Durch die Zentralisierung der Macht in<br />
Europa entwickelten sich England und Frankreich zu Großmächten. D<strong>am</strong>it nahm auch die<br />
Bedeutung des Straßenbaus wieder zu. In Frankreich erkannte man zuerst, dass sich die<br />
Wirtschaft nur entwickeln könnte, wenn ein schneller und sicherer Gütertransport auf festen<br />
Straßen ermöglicht wird. Hinzu k<strong>am</strong> die Entwicklung der Post, deren steigende Brief-, Paketund<br />
Personenbeförderung im 18. und 19. Jahrhundert für einen regelmäßigen Dienst auch<br />
festere Straßen als die mittelalterlichen Erdwege brauchten. In Folge dieses Fortschritts<br />
wurde 1747 die Hochschule für Straßen- und Brückenbau in Paris gegründet. In dieser Zeit<br />
wurden bedeutende Beiträge zur Straßenbautechnik geleistet, vor allem von Trésaguet in<br />
Frankreich sowie Thomas Telford und John McAd<strong>am</strong> in Großbritannien.<br />
Trésaguet war der erste, der den Straßenbau auf eine wissenschaftliche Grundlage stellte.<br />
Die Tragschicht seines Straßenbelages (Abbildung 1.6 a) bestand aus Bruchsteinen von<br />
etwa 20 cm Größe. Diese wurden so zugehauen, dass jeder zumindest eine flache Schmalseite<br />
hatte, mit der sie auf einen geneigten Untergrund gestellt wurden. In die Zwischenräume<br />
wurde kleineres gebrochenes Gestein gefüllt und gefestigt. Darüber k<strong>am</strong> eine weitere<br />
Schicht Schotter, um eine ebene Oberfläche zu schaffen. Zum Schluss wurde die Fahrbahndecke<br />
aus einer Schicht feinem Schotter aufgeschüttet. Diese Oberfläche bot zwei entscheidende<br />
Vorteile: Aufgrund ihres feineren Belags war sie glatter und die größeren Steine im<br />
Untergrund wurden vor den Eisenrädern und eisenbeschlagenen Hufen geschützt. Unter<br />
Napoleon wurde das französische Straßennetz über die Grenzen hinaus erheblich erweitert.<br />
Mit seinen Straßenanlagen hat Napoleon in ganz Europa die Erkenntnis gefördert, dass ein<br />
großzügiger Fernstraßenbau die Wirtschaftsentwicklung eines Staates entscheidend fördert.<br />
In England begann die Entwicklung im Straßenbau erst später. Telford beschäftigte sich<br />
1801 erstmals mit Straßen. Er führte bei seiner Bauweise (Abbildung 1.6 b) die Arbeit von<br />
Trésaguet fort, nahm jedoch für die untere Lage kubische, teilweise behauene Pflastersteine,<br />
die er ebenfalls mit der flachen Seite auf den Untergrund setzte. Die Fugen waren dabei<br />
zur angrenzenden Reihe versetzt, ähnlich einer horizontalen Mauer. Die Zwischenräume<br />
wurden mit grobem Schotter aufgefüllt. Darauf k<strong>am</strong> eine weitere Schicht von kleineren Steinen.<br />
Den Abschluss bildete eine Fahrbahndecke aus einer Mischung von Kies und Schotter.<br />
Telfords fast undurchdringlicher Straßenbelag verhinderte, dass sich Wasser auf der Sohle<br />
ans<strong>am</strong>melte und so die Haltbarkeit minderte.<br />
Den größten Fortschritt im Straßenbau erreichte jedoch McAd<strong>am</strong>. Er hat sich völlig vom<br />
Muster Trésaguets und Telfords abgewandt. Er hatte erkannt, dass eine Schotterlage sich<br />
wie eine zus<strong>am</strong>menhängende Masse verhielt. Eine Packlage aus gesetzten Steinen war<br />
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nicht nötig. Die Bauweise bestand aus 25 cm dicken Schichten von gut verdichtetem, gebrochenem,<br />
scharfkantigem, kleinem Gestein (Abbildung 1.6 c). In den unteren 20 cm des Straßenbelags<br />
betrug die maximale Größe des Korns 7,5 cm. Bei der 5 cm dicken Fahrbahndecke<br />
wurde der Durchmesser auf 2,5 cm begrenzt. Die Stärke und Festigkeit der Lage aus<br />
verdichteten, scharfkantigen Steinen ergibt sich aus der strukturellen Verzahnung , die zwischen<br />
den einzelnen Steinen entsteht. Dieses Prinzip wird noch heute im Straßenbau angewendet<br />
und seit 1820 ist McAd<strong>am</strong>s N<strong>am</strong>e untrennbar mit seiner Erfindung – der Makad<strong>am</strong>oder<br />
Schotterstraße – verbunden. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil seiner Methode war<br />
eine gute Entwässerung. Statt hoher Längsneigungen, wie sie bisher zum Abfließen des<br />
Oberflächenwassers angelegt wurden, empfahl er den Bau von glatteren, festeren Fahrbahndecken.<br />
a) Bauweise nach Trésaguet um 1774<br />
b) Bauweise nach Telford um 1825<br />
c) Bauweise nach McAd<strong>am</strong> um 1815<br />
Abbildung 1.6 Historische Bauweisen (LAY 1994)<br />
- SB 1-7 -
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Während sich im 17. und 18. Jahrhundert in anderen europäischen Ländern die Staaten immer<br />
mehr festigten, gab es in Deutschland viele kleine Fürstentümer. In Folge dessen gab<br />
es keinen einheitlichen Straßenbau und somit auch kaum gute und zus<strong>am</strong>menhängende<br />
Straßen. 1779 entwarf Christian von Lüder einen Plan für ein deutsches Straßennetz, das<br />
erstaunliche Übereinstimmungen mit dem heutigen Autobahnnetz aufweist. Seine Anregungen<br />
wurden jedoch wegen der Kleinstaaterei und aus Angst vor einem Einmarsch des Feindes<br />
nicht umgesetzt. Auch in Bezug auf die Unterhaltung der Straßen gab es zu dieser Zeit<br />
einige Weiterentwicklungen. So wurden gesetzliche Regelungen zur Pflege der Hauptstraßen<br />
durch die anliegenden Gemeinden getroffen. Der Erlass einer Wegordnung vom Herzog<br />
von Württemberg 1752, in der festgelegt wurde, dass die viel benutzten Landstraßen in einen<br />
"für jeden zügig und bequem passierbaren, guten Zustand zu versetzen" seien, zeigt,<br />
dass die Bedeutung guter Straßen erkannt worden ist.<br />
Durch die Trennung von Personen- und Güterverkehr stiegen die Ansprüche an den Straßenbau<br />
weiter. Einerseits wurden gute Straßen erwünscht, um ein schnelles und bequemes<br />
Reisen zu ermöglichen. Die Güterbeförderung mit ihren großen Lasten verlangte dazu eine<br />
hohe Haltbarkeit. Mit dem Aufkommen der Eisenbahn Mitte des 19. Jahrhunderts wurde ein<br />
Großteil des Durchgangs- und Fernverkehrs von diesem neuen Verkehrsmittel übernommen.<br />
Ländliche Straßen wurden nach 1840 zu bloßen Zubringern zu den Bahnhöfen, ansonsten<br />
dienten sie dem Nahverkehr. Die Fernstraßen jedoch verfielen. Zwischen 1840 und<br />
1900 ging der Straßenverkehr drastisch zurück.<br />
Mit dem Bau von Motorfahrzeugen <strong>am</strong> Ende des 19. Jahrhunderts und der Entwicklung der<br />
Autoindustrie <strong>am</strong> Anfang des 20. Jahrhunderts nahmen der Straßenbau und die Straßenbautechnik<br />
einen bedeutenden Aufschwung. Jedoch zeigten die schnell wachsende Anzahl<br />
von Kraftfahrzeugen und die Steigerung ihrer Geschwindigkeit sehr bald, dass die vorhandenen<br />
Straßen den neuen Anforderungen nicht stand halten konnten. Die Straßenbauingenieure<br />
wurden sowohl hinsichtlich der Linienführung und des Querschnitts der Straßen als<br />
auch der Befestigung der Fahrbahnoberfläche vor ganz neue Aufgaben gestellt. Auf den<br />
Schotterstraßen entstanden nach kurzer Zeit Schlaglöcher. Dies wurde durch die Sogwirkung<br />
der Gummireifen verursacht, wodurch die kleinen Steine aus der Straßendecke herausgerissen<br />
wurden. Hinzu k<strong>am</strong> die hohe Staubentwicklung, die für alle Verkehrsteilnehmer<br />
und Anwohner äußerst unangenehm war.<br />
Am Anfang des 18. Jahrhundert wurde Naturasphalt entdeckt. Dabei handelt es sich um eine<br />
Mischung aus Kalkstein und Bitumen, das ein Bestandteil des Erdöls ist. Am Anfang des 19.<br />
Jahrhunderts wurden d<strong>am</strong>it erste Versuche im Straßenbau durchgeführt. Dafür wurde das<br />
Bitumen aus dem Naturasphalt gelöst. Um diesem Material mehr Festigkeit zu verleihen,<br />
wurde ihm destilliertes Bitumen zugefügt. Diese Masse konnte in erwärmtem Zustand auf<br />
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Flächen aufgetragen werden. Dabei wurde der Oberfläche Sand beigefügt, d<strong>am</strong>it sie nicht zu<br />
glatt war. Der so entstandene Asphaltmastix k<strong>am</strong> zunächst auf den Gehwegen zum Einsatz.<br />
Die Erfahrungen im Gehsteigbau zeigten, dass die fertige Asphaltschicht wesentlich fester<br />
wurde, wenn der Sand oder Kies zur Aufrauung der Oberfläche in die heiße Mischung einsank.<br />
Daher wurde es nach 1850 üblich, während des Mischens dem Mastix Sand oder Kies<br />
beizumischen, um so ein billigeres und konsistenteres Material herzustellen.<br />
Eine weitere Methode, Naturasphalt im Straßenbau zu verwenden, war, ihn fein zu zermahlen,<br />
vor Ort auf etwa 140° zu erhitzen, dann zu verteilen und mit schweren Walzen und<br />
R<strong>am</strong>men zu verfestigen. So entstand ein glatter und wasserdichter Belag, der auch starkem<br />
Verkehr standhalten konnte. Mit der Zeit wurde deutlich, dass die Haltbarkeit dieser Asphaltdecken<br />
von der Qualität des Unterbaus abhängig war. Ein Problem des Naturasphalts war,<br />
dass er einen sehr unterschiedlichen Bitumengehalt aufweist. Durch die Zugabe von Bitumen<br />
oder Gestein zu dem Naturprodukt wurden seine Eigenschaften mit der Zeit verbessert<br />
und somit konnte eine gute Straßendecke entwickelt werden.<br />
Mit der Weiterentwicklung des Asphalts wurde es notwendig, Alternativen zum Naturasphalt<br />
zu finden, da auch die Kapazitäten dieses Produktes nicht ausreichend waren. Somit gab es<br />
eine steigende Nachfrage der Straßenindustrie nach einem wirks<strong>am</strong>en Bindemittel. Dafür<br />
wurde u.a. Bitumen verwendet, ein Nebenprodukt der Erdölraffinierung. Neben Bitumen k<strong>am</strong>en<br />
auch andere Bindemittel zum Einsatz. Teer fällt als „Abfallprodukt“ der Kohleverarbeitung<br />
an und wurde zuerst dafür benutzt, abgenutzte Makad<strong>am</strong>straßen zu reparieren. Dafür<br />
wurde er in heißem Zustand auf die Straßendecke gespritzt und sickerte dann nach unten.<br />
Die Wirks<strong>am</strong>keit dieses Tränkmakad<strong>am</strong> hing vom Grad der Teeraufnahme ab. Auch Zement<br />
ist ein Bindemittel, das eine dem Bitumen sehr ähnliche Rolle spielt. Der Zementmörtel wurde<br />
auf die offenporige Schotterschicht aufgebracht und sickerte nach unten. Dieser Zementmakad<strong>am</strong><br />
wurde als Bauweise sehr beliebt und hielt sich lange Zeit. Seine Bedeutung<br />
nahm jedoch durch das Aufkommen neuer Betonmischmaschinen ab. D<strong>am</strong>it wurde der Beton<br />
als Baustoff im Straßenbau wiederentdeckt.<br />
Da die Produktion der Kraftfahrzeugindustrie rapide zunahm und somit auch der Verkehr<br />
ständig wuchs, wurden die Lasten immer größer. Das vorhandene Straßennetz war kaum<br />
noch in der Lage, den neuen Fahrzeugen und den daraus resultierenden Belastungen stand<br />
zu halten. D<strong>am</strong>it k<strong>am</strong> der Gedanke auf, das bestehende Netz zu erneuern und vor allem<br />
durch "Nur-Autostraßen" zu ergänzen.<br />
1924 stellte der aus privater Initiative entstandene Deutsche Straßenbau-Verband einen<br />
Plan für ein 30.000 km umfassendes Fernstraßennetz auf.<br />
- SB 1-9 -
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1925 entwarf die StUFA (Studiengesellschaft für Automobil-Straßenbau) einen sorgfältig<br />
ausgearbeiteten Plan für ein Fernstraßennetz von 15.355 km Länge.<br />
1926 wurde ein Verein gegründet, der sich zum Ziel setzte, eine Nord-Süd-Verbindung von<br />
den Hansestädten H<strong>am</strong>burg/Lübeck über Frankfurt und Basel nach Genua zu planen: der<br />
HAFRABA.<br />
1930 wurde vom Reichsverkehrsministerium eine Reichsfernstraßenkarte veröffentlicht. Darin<br />
wurden gleichzeitig Richtlinien für Breite, Querneigung, Gefälle, Kurvenradius, Baumbepflanzung,<br />
Über- und Unterführungen, Ortsdurchfahrten und Bahnkreuzungen herausgearbeitet.<br />
Der Plan wurde begrüßt, doch überall verzögerte Geldmangel die Inangriffnahme der<br />
Arbeiten.<br />
1933 nahm die Reichsregierung den Gedanken der HAFRABA wieder auf. Als ein Ziel der<br />
d<strong>am</strong>aligen Politik wurde die Förderung der Motorisierung festgelegt mit der Notwendigkeit,<br />
"dem Kraftverkehr die für ihn erforderlichen Automobilstraßen zu geben". Zudem sollte der<br />
Autobahnbau als Arbeitsbeschaffung für einen Teil der 7 Mio. Arbeitslosen dienen. Ein Teil<br />
des HAFRABA-Planes ist bis zum Beginn des 2. Weltkrieges noch realisiert worden.<br />
In der Straßenbautechnik wurde der Erfolg der Asphaltbauweisen erst möglich, als das<br />
Funktionsprinzip des Asphalts verstanden wurde. Heute wird die Bedeutung der Entwässerung<br />
entsprechend berücksichtigt. Außerdem wurde erkannt, wie wichtig die Beschaffenheit<br />
des Untergrunds sowie der verwendeten Baustoffe ist. Somit kann der Aufbau einer Straße<br />
heute je nach Bedarf und Belastung geplant und ausgeführt werden. Um das heute vorhandene<br />
Straßennetz herzustellen, war die Entwicklung von überwiegend manuellem zu weitgehend<br />
automatisiertem Straßenbau notwendig.<br />
1.3 Technische Regelwerke<br />
Gerade auf dem Gebiet der Straßenbautechnik gibt es eine Vielzahl von DIN-Normen und<br />
Technischen Regelwerken. Im einzelnen sind das:<br />
- Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV)<br />
- Technische Lieferbedingungen (TL)<br />
- Technische Prüfvorschriften (TP)<br />
- Technische Bedingungen (TB)<br />
- Richtlinien (R)<br />
- DIN-Normen (DIN)<br />
- Wissensdokumente (W)<br />
- SB 1-10 -
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Diese sollen eine einheitliche Anwendung der zur Verfügung stehenden Materialien und Methoden<br />
in den Gebieten der Straßenbautechnik ermöglichen. Dies betrifft hauptsächlich folgende<br />
Gebiete:<br />
- Boden- und Felsmechanik<br />
- Baustoffe und Baustoffgemische<br />
- Erdbau<br />
- Oberbau (ungebundene, bituminös gebundene, hydraulisch gebundene Schichten)<br />
- Brückenbeläge<br />
- Straßenerhaltung<br />
- Baumaschinen<br />
- Prüfwesen (ohne Prüfgeräte)<br />
- Landschaftsbau<br />
1.4 Terminologie<br />
Straßen benötigen eine den auftretenden Beanspruchungen angemessene Konstruktion aus<br />
geeigneten Baustoffen, um langfristig gute Eigenschaften im Gebrauch aufzuweisen und<br />
sich kostengünstig herstellen und unterhalten zu lassen. Sie sind von unten nach oben<br />
schichtweise aufgebaut und bestehen aus dem Erdkörper und dem Straßenoberbau. Die<br />
Trennfläche heißt Planum. In Abbildung 1.7 ist der Aufbau einer Straße mit Lage, Begrenzung<br />
und Bezeichnung der Schichten prinzipiell dargestellt.<br />
- SB 1-11 -
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Asphaltstraßen<br />
Betonstraßen<br />
Abbildung 1.7<br />
Beispielhafter Aufbau einer Asphalt- und Betonstraße (ZTV Asphalt-StB,<br />
ZTV Beton-StB)<br />
Nach dem Regelwerk gelten folgende Definitionen:<br />
Der Untergrund ist der unter dem Unterbau bzw. Oberbau vorhandene Boden oder Fels.<br />
Wird der Untergrund in der oberen Zone durch besondere Maßnahmen – im allgemeinen<br />
durch mechanische Verfestigung – verbessert, dann wird diese Zone als „verbesserter Untergrund“<br />
bezeichnet.<br />
Der Unterbau ist der künstlich hergestellte D<strong>am</strong>mkörper der Straße. Wird die obere Zone<br />
des Unterbaus durch besondere Maßnahmen verbessert, so wird sie als „verbesserter Unterbau“<br />
bezeichnet.<br />
Das Planum ist die technisch bearbeitete Oberfläche des Untergrundes oder des Unterbaus<br />
mit festgelegten geometrischen und strukturellen Merkmalen wie Ebenheit, Neigung und<br />
ausreichender Tragfähigkeit. Es bildet die Grenzfläche zwischen Untergrund und Oberbau<br />
bzw. zwischen Unterbau und Oberbau.<br />
Der Oberbau ist der eigentliche Straßenkörper und besteht aus mehreren Schichten, die<br />
sich wiederum in Tragschichten und Decke unterteilen. Die Abbildung 1.7 zeigt den maximal<br />
möglichen Aufbau aller denkbaren Schichten. Bei geringen Verkehrsbelastungen oder güns-<br />
- SB 1-12 -
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tigem Untergrund können einzelne Schichten entfallen. Die Zählung der Schichten erfolgt mit<br />
dem Baufortschritt, also von unten und oben.<br />
Die Tragschichten bilden die Unterlage der Decke. Je nach Zus<strong>am</strong>mensetzung werden sie<br />
unterteilt in<br />
- Tragschichten ohne Bindemittel (Frostschutzschicht, Schottertragschicht, Kiestragschicht)<br />
und<br />
- Tragschichten mit Bindemittel (Verfestigung mit hydraulischem Bindemittel, hydraulisch<br />
gebundene Tragschicht, Betontragschicht, Dränbetontragschicht, Asphalttragschicht).<br />
Die Decke wird nach Bauweisen unterschieden:<br />
- Die Asphaltdecke setzt sich aus Binderschicht und darüber liegender Deckschicht<br />
zus<strong>am</strong>men.<br />
- Die Betondecke wird ein- oder zweischichtig ausgeführt.<br />
- Pflasterdecken liegen auf einer Bettung und werden mit Fugenfüllung befestigt<br />
(Abbildung 1.8).<br />
Abbildung 1.8<br />
Aufbau einer Pflasterbefestigung (ZTV P-StB)<br />
Die unterschiedlichen Materialien, die im Straßenoberbau zur Anwendung kommen, werden<br />
entsprechend ihrem grundsätzlichen Verformungsverhalten in starre (elastische) und flexible<br />
Materialien unterteilt. Als starr (elastisch) werden die Materialien bezeichnet, die mit praktisch<br />
ausschließlich elastischen Formänderungen reagieren und deren Zugfestigkeit bei geringen<br />
Dehnungen erreicht wird. Dies sind die hydraulisch gebundenen Materialien. Wenn<br />
Materialien ohne zu reißen relativ große plastische oder viskose Verformungen erleiden<br />
können, werden sie als flexibel bezeichnet. Hierzu gehören die ungebundenen oder mit Bi-<br />
- SB 1-13 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Eisenbahnwesen<br />
tumen gebundenen Materialien. Das Verformungsverhalten von Pflaster liegt abhängig von<br />
der Bauweise und der Tragschicht zwischen den beiden anderen.<br />
Für die im Regelfall verwendeten Materialien gibt es Vorschriften über ihre Zus<strong>am</strong>mensetzung,<br />
Verarbeitung und Gütemerkmale. Diese Standardmaterialien sind kostengünstig, mit<br />
geringem Risiko behaftet und werden daher im Straßenbau bevorzugt. Die unterschiedlichen<br />
Bauweisen und Materialien sind für die verschiedenen Verkehrsbeanspruchungen unterschiedlich<br />
gut geeignet. Jede Straßenbaumaßnahme erfordert daher eine sorgfältige Materialwahl<br />
unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten.<br />
1.5 Anforderungen an die Fahrbahnbefestigung<br />
Unabhängig von ihrer Funktion müssen Fahrbahnbefestigungen bestimmten Anforderungen<br />
gerecht werden. Im Einzelnen sind das:<br />
- Standfestigkeit<br />
Die Fahrbahn muss ausreichend tragfähig sein, d<strong>am</strong>it sie den Belastungen aus dem<br />
Verkehr standhält und somit keine dauerhaften Verformungen entstehen. Zudem<br />
muss sie widerstandsfähig gegen Abrieb sein und bei thermisch induzierten Spannungen<br />
sollen keine Risse auftreten. Weiterhin soll die Fahrbahn möglichst lange den<br />
fortdauernden Belastungswiederholungen durch den Verkehr standhalten, sie soll<br />
nicht schnell „ermüden“.<br />
- Verwitterungsbeständigkeit<br />
Unter der Verwitterungsbeständigkeit einer Fahrbahn versteht man, dass sie frostsicher<br />
und alterungsbeständig ist und auf Dauer eine ausreichende Haftung für die<br />
Fahrzeuge aufweist.<br />
- Sicherheit<br />
Um eine ausreichende Sicherheit zu gewährleisten, müssen Fahrbahnbefestigungen<br />
neben hoher Griffigkeit und Ebenheit auch einwandfrei entwässern, da sich dies wiederum<br />
positiv auf die Griffigkeit auswirkt. Auch die Helligkeit einer Fahrbahn hat Einfluss<br />
auf die Sicherheit.<br />
- Umweltfreundlichkeit<br />
Wenn eine Fahrbahn staubfrei und gewässerverträglich ist und möglichst geringe Geräuschentwicklung<br />
aufweist, dann wirkt sich dies positiv auf die Umwelt aus.<br />
- SB 1-14 -
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- Wirtschaftlichkeit<br />
Nicht zuletzt ist die Wirtschaftlichkeit einer Fahrbahnbefestigung von Bedeutung. Darunter<br />
ist nicht nur zu verstehen, dass die Fahrbahn kostengünstig hergestellt wird,<br />
sondern dass auch ihre Unterhaltungskosten gering sind und sie sich gut Instand<br />
setzen lässt.<br />
1.6 Verständnisfragen<br />
‣ Warum war den Römern der Straßenbau so wichtig?<br />
‣ Wer erreichte den größten Fortschritt im Straßenbau des 19. Jahrhunderts und warum?<br />
‣ Wie unterscheiden sich Untergrund und Unterbau? Fertigen Sie zur Erklärung auch<br />
Skizzen an.<br />
‣ Welche Anforderungen müssen Fahrbahnbefestigungen erfüllen?<br />
- SB 1-15 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
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2 Erdbau<br />
Zum Erdbau zählt die Bearbeitung von Boden und Fels im Untergrund und der Unterbau. Die<br />
Grenzfläche zwischen dem Untergrund/Unterbau und dem Oberbau, das Planum, trennt<br />
hinsichtlich der Bearbeitung den Erdbau vom Straßenoberbau.<br />
Der anstehende Boden des Untergrundes wird vor dem Bau durch Schürfe, Bohrungen und<br />
Sondierungen erkundet und die Einbaufähigkeit der Einschnittmassen für den Unterbau - im<br />
Übrigen seine Verwendbarkeit als Frostschutzschicht - wird festgestellt. Der Boden wird in<br />
erforderlichem Maß abgetragen bzw. aufgeschüttet und verdichtet. Nach Abschluss der Erdarbeiten<br />
muss die Oberfläche nach Höhenlage und Querneigungsverlauf den Planungsvorgaben<br />
entsprechen.<br />
Die Anforderungen an die obersten Schichten des Erdkörpers sind auf die vorhandenen Bodenarten<br />
abgestimmt mit dem Ziel, für den Oberbau jeweils eine wirtschaftliche und technisch<br />
optimale, dauerhafte Unterlage zu schaffen.<br />
2.1 Einstufung von Boden und Fels<br />
Boden und Fels müssen für die bautechnisch zu treffenden Folgerungen als Baustoff für<br />
D<strong>am</strong>mschüttungen und für die Baugrundverhältnisse zutreffend und umfassend beschrieben<br />
werden. Sie werden in Bodengruppen gemäß DIN 18196 für technische Zwecke in Bodenarten<br />
sowie Felsgesteine und veränderlich feste Gesteine nach DIN 4022 zur einheitlichen<br />
Beschreibung der Baugrundverhältnisse anhand von Bohrungen eingeordnet und gemäß<br />
DIN 18300 nach ausschreibungs- und vertragsrelevanten Gesichtspunkten klassifiziert.<br />
In der DIN 4021 werden die Aufschlussverfahren wie Bohrungen und Sondierungen beschrieben,<br />
die erforderlich sind, um Boden und Fels zu erkunden. Werden zusätzlich zu den<br />
punktförmigen Bohr- und Schürfaufschlüssen geophysikalische Messungen durchgeführt,<br />
dann können durch deren linien- oder flächenorientierte Messanordnung die räumlichen<br />
Verhältnisse erschlossen und somit optimale Erkundungsergebnisse erzielt werden. Zu den<br />
geophysikalischen Messungen im Straßenbau zählen hauptsächlich die seismischen,<br />
elektrischen und radiometrischen Methoden, durch die Aufschluss über bestimmte physikalische<br />
Eigenschaften des Bodens, Gesteins oder Gebirges erhalten werden. Eine Übersicht<br />
über geophysikalische Oberflächen- und Bohrlochverfahren gibt die DIN 4020.<br />
Die DIN 18300 beinhaltet die „Allgemeinen Technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen<br />
(ATV)“ in Bezug auf die Erdarbeiten (Lösen, Laden, Fördern, Einbauen und Verdichten).<br />
Die Klassifikation von Boden oder Fels nach DIN 18300 erfolgt entsprechend ihrem<br />
Zustand beim Lösen. Als Merkmale zur Klassifizierung dienen dabei granulometrische Grö-<br />
- SB 2-1 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
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ßen (Feinkorn unter 0,06 mm, Steine über 63 mm sowie Blöcke über 0,01 und 0,1 m³), plastische<br />
Eigenschaften des Feinkorns wie Plastizität, Konsistenz und Zähigkeit, wasserhaltende<br />
und Fließeigenschaften, mineralisch-chemischer Zus<strong>am</strong>menhalt (Verfestigung) und Gesteins-<br />
und Gebirgsfestigkeit nach qualitativen Merkmalen.<br />
Nach DIN 18300 werden insges<strong>am</strong>t sieben Boden- und Felsklassen unterschieden:<br />
Klasse 1: Oberboden<br />
Oberste Schicht des Bodens, die neben anorganischen Stoffen, z.B. Kies-, Sand-, Schluffund<br />
Tongemischen, auch Humus und Bodenlebewesen enthält.<br />
Klasse 2: Fließende Bodenarten<br />
Bodenarten, die von flüssiger bis breiiger Beschaffenheit sind und die das Wasser schwer<br />
abgeben.<br />
Klasse 3: Leicht lösbare Bodenarten<br />
Nichtbindige bis schwachbindige Sande, Kiese und Sand-Kies-Gemische mit bis zu 15 %<br />
Beimengungen an Schluff und Ton (Korngröße kleiner als 0,06 mm) und mit höchstens 30 %<br />
Steinen von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 m³ Rauminhalt.<br />
Organische Bodenarten mit geringem Wassergehalt (z.B. feste Torfe).<br />
Klasse 4: Mittelschwer lösbare Bodenarten<br />
Gemische von Sand, Kies, Schluff und Ton mit mehr als 15 % der Korngröße kleiner als 0,06<br />
mm.<br />
Bindige Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität, die je nach Wassergehalt weich bis<br />
halbfest sind und die höchstens 30 % Steine von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 m³<br />
Rauminhalt enthalten.<br />
Klasse 5: Schwer lösbare Bodenarten<br />
Bodenarten nach den Klassen 3 und 4, jedoch mit mehr als 30 % Steinen von über 63 mm<br />
Korngröße bis zu 0,01 m³ Rauminhalt.<br />
Nichtbindige und bindige Bodenarten mit höchstens 30 % Steinen von über 0,01 bis 0,1 m³<br />
Rauminhalt.<br />
Ausgeprägt plastische Tone, die je nach Wassergehalt weich bis halbfest sind.<br />
Klasse 6: Leicht lösbarer Fels und vergleichbare Bodenarten<br />
Felsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zus<strong>am</strong>menhalt haben, jedoch stark<br />
klüftig, brüchig, bröckelig, schiefrig, weich oder verwittert sind, sowie vergleichbare feste<br />
oder verfestigte bindige oder nichtbindige Bodenarten (z.B. durch Austrocknung, Gefrieren,<br />
chemische Bindungen).<br />
- SB 2-2 -
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Nichtbindige und bindige Bodenarten mit mehr als 30 % Steinen von über 0,01 bis 0,1 m³<br />
Rauminhalt.<br />
Klasse 7: Schwer lösbarer Fels<br />
Felsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zus<strong>am</strong>menhalt und hohe Gefügefestigkeit<br />
haben und die nur wenig klüftig oder verwittert sind.<br />
Festgelagerter, unverwitterter Tonschiefer, Nagelfluhschichten, Schlackenhalden der Hüttenwerke<br />
und dergleichen.<br />
Steine von über 0,1 m³ Rauminhalt.<br />
Mit der Bodenklassifikation werden Bodenarten für bautechnische Zwecke in Gruppen mit<br />
annähernd gleichem stofflichen Aufbau und ähnlichen bodenphysikalischen Eigenschaften<br />
zus<strong>am</strong>mengefasst (Abbildung 2.1 und 2.2). Die Einordnung einer Bodenart nach DIN 18196<br />
erfolgt somit nur nach der stofflichen Zus<strong>am</strong>mensetzung und unabhängig vom Wassergehalt<br />
und der Dichte des Bodens. Sie hängt im Wesentlichen ab von den Korngrößenbereichen,<br />
der Korngrößenverteilung, den plastischen Eigenschaften und den organischen und kalkhaltigen<br />
Bestandteilen.<br />
Die Gruppen werden mit jeweils zwei Kennbuchstaben bezeichnet. Mit dem ersten Buchstaben<br />
werden die Hauptbodenarten benannt; hierbei bedeuten:<br />
G = Kies<br />
S = Sand<br />
U = Schluff<br />
T = Ton<br />
O = organisch<br />
H = Torf<br />
Mit dem zweiten Buchstaben werden bautechnisch besonders wichtige Eigenschaften gekennzeichnet.<br />
Bei den feinkörnigen Bodenarten ist dies der Grad der Plastizität, bei den gemischtkörnigen<br />
die Art der feinkörnigen Beimengung (Schluff, Ton) und bei den grobkörnigen<br />
Bodenarten der Verlauf der Körnungslinie.<br />
Die schnelle, überschlägige Einordnung der Böden kann nach visuellen und manuellen Verfahren<br />
erfolgen (Abbildung 2.3). Diese Verfahren ermöglichen eine erste Abschätzung des<br />
bautechnischen Verhaltens der Böden im Hinblick auf die wichtigsten Eigenschaften für den<br />
Erdbau: Verdichtbarkeit und Frostempfindlichkeit.<br />
- SB 2-3 -
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Abbildung 2.1 Bautechnische Bodenklassifikation, Teil 1 (DIN 18196)<br />
- SB 2-4 -
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Abbildung 2.2 Bautechnische Bodenklassifikation, Teil 2 (DIN 18196)<br />
- SB 2-5 -
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Verfahren<br />
visuell<br />
manuell<br />
Bodenarten<br />
- Korngrößenansprache<br />
- Farbansprache<br />
- Trockenfestigkeit<br />
- Reaktionsempfindlichkeit gegen<br />
SSchütteln (Schüttelversuch)<br />
- Plastizität (Knetversuch)<br />
- Anteil an Sand, Schluff und Ton<br />
(((Reibeversuch)<br />
- Unterscheidung von Schluff und Ton<br />
(((Schneideversuch)<br />
- Kalkgehalt (Versuch mit Salzsäure)<br />
- Hinweis auf organische Bestandteile<br />
(((Riechversuch)<br />
- Zersetzungsgrad von Torf<br />
(((Ausquetschversuch)<br />
- Konsistenz (Roll-, Press- und<br />
KKnetversuch)<br />
Fels<br />
- Körnigkeit<br />
- Korngröße<br />
- Porosität<br />
- Farbansprache<br />
- Hinweis auf Tonmineralien (Ritzooder<br />
Schneidversuch)<br />
- Kornbindung, Festigkeit (Reib- oder<br />
RRitzversuch)<br />
- Veränderlichkeit (Wasserlagerung)<br />
- Kalkgehalt (Versuch mit Salzsäure)<br />
- Hinweis auf organische<br />
BBestandteile (Riechversuch)<br />
- Härte der Mineralkörner<br />
(((Ritzversuch)<br />
Abbildung 2.3<br />
Einfache, behelfsmäßige Verfahren zum Erkennen von Bodenarten<br />
und Fels (nach DIN 4022 und DIN 18196)<br />
Für die Einteilung der grobkörnigen Böden dient die Korngrößenverteilung. Dazu wird der<br />
gewichtsmäßige Anteil der Körner definierter Größe an der Ges<strong>am</strong>tprobe ermittelt. Die Bodenprobe<br />
wird hierfür mit Hilfe genormter Maschen- und Quadratlochsiebe bis zur kleinsten<br />
so noch feststellbaren Korngröße von 0,063 mm gesiebt. Kleinere Korndurchmesser werden<br />
durch Sedimentation (Schlämmanalyse) bestimmt. Verschiedene Korngrößenverteilungen<br />
sind als Sieblinien beispielhaft in Abbildung 2.4 dargestellt. Sind die Sieblinien weit gestuft,<br />
dann sind von allen Kornklassen oder Korngruppen zwischen zwei definierten Siebgrößen<br />
anteilsmäßig etwa gleich viel vorhanden; dies zeigt sich in einem stetigen Verlauf der Kurve.<br />
Verläuft die Kurve dagegen steil, dann ist ein Korngrößenanteil besonders stark vertreten<br />
und die Sieblinie ist eng gestuft. Wenn ein oder mehrere Korngrößenbereiche fehlen, dann<br />
ist die Kurve intermittierend gestuft.<br />
- SB 2-6 -
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Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 2.4<br />
Beispiele für Korngrößenverteilungen (Sieblinien)<br />
Zwei wichtige Kenngrößen bilden in diesem Zus<strong>am</strong>menhang die Ungleichförmigkeitszahl C U<br />
und die Krümmungszahl C C . Beide werden aus der Korngrößenverteilung berechnet: Die<br />
Ungleichförmigkeitszahl C U , indem der Korndurchmesser bei 60 % Durchgang d 60 mit dem<br />
Korndurchmesser bei 10 % Durchgang d 10 ins Verhältnis gesetzt wird. Sie entspricht der<br />
mittleren Neigung der Sieblinie. Die Krümmungszahl C C ist definiert als C C = (d 30 )²/(d 10 · d 60 ).<br />
Sie beschreibt den Verlauf der Sieblinie im Bereich von d 10 bis d 60 . Der Wert C U < 6 zeigt<br />
eine eng gestufte und gleichförmige Verteilung der Korngrößenanteile (z.B. Flugsande, Dünensande).<br />
Das bedeutet, dass der Boden eine schlechte Korn zu Korn Abstützung hat und<br />
somit als Baustoff für Erd- und Baustraßen eine schlechte Tragfähigkeit aufweist. Wenn dagegen<br />
gilt: C U > 6 und 1 ≤ C C ≤ 3, dann ist das Material weit gestuft und hat eine gute Korn<br />
zu Korn Abstützung mit z.B. einer vergleichsweise guten Tragfähigkeit. Gilt C U > 6 und<br />
C C < 1 oder > 3 ist das Material intermittierend gestuft.<br />
Feinkörnige Böden werden anhand von plastischen Eigenschaften klassifiziert. Die maßgebende<br />
Eigenschaft ist die Plastizität, die nach dem Wassergehalt der Fließgrenze w L und der<br />
Plastizitätszahl l P bewertet wird. Die Fließgrenze w L beschreibt den Wassergehalt <strong>am</strong> Übergang<br />
von der flüssigen zur bilds<strong>am</strong>en Zustandsform. Sie wird mit dem Fließgrenzgerät von<br />
Casagrande ermittelt. Der Boden wird mit unterschiedlichen Wassergehalten in eine Schale<br />
gestrichen und durch das Material wird eine Furche gezogen. Die Fließgrenze ist erreicht,<br />
wenn sich die Furche nach 25 Schlägen der jeweils um 10 mm hochgehobenen Schale gerade<br />
auf 10 mm schließt. Der Wassergehalt dieser Probe wird bestimmt. Die Ausrollgrenze<br />
w P beschreibt den Wassergehalt <strong>am</strong> Übergang der bilds<strong>am</strong>en zur festen Zustandsform. Der<br />
Boden wird auf saugfähigem Filterpapier zu 3 mm dicken Röllchen ausgewalzt, dann neu<br />
geknetet und wieder ausgewalzt. Dabei wird ständig Wasser an das Filterpapier abgegeben.<br />
Die Ausrollgrenze ist erreicht, wenn das Röllchen zu bröckeln beginnt.<br />
- SB 2-7 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
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Die Plastizitätszahl wird ermittelt als Differenz zwischen Fließ- und Ausrollgrenze:<br />
l P = w L – w P<br />
Bindige Böden können mit Hilfe des Plastizitätsdiagr<strong>am</strong>mes (Abbildung 2.5) über die Fließgrenze<br />
w L und die Plastizitätszahl l P klassifiziert werden.<br />
Abbildung 2.5<br />
Plastizitätsdiagr<strong>am</strong>m zur Einteilung der feinkörnigen Bodenarten<br />
(nach DIN 18196)<br />
Durch die Klassifikation der Böden nach DIN 18300 gemäß dem Zustand beim Lösen und<br />
nach DIN 18196 in Bezug auf das bautechnische Verhalten können Ausschreibungen und<br />
Angebote einheitlich ausgeführt werden. D<strong>am</strong>it gehen alle Beteiligten von gleichen Voraussetzungen<br />
aus. Die Bodengruppen stimmen auch weitgehend mit dem international verbreiteten<br />
USC-System (Unified Soil Classification System) des US-Bureau of Recl<strong>am</strong>ation überein,<br />
wodurch die Anwendung auch beim Bauen im Ausland wesentlich erleichtert wird.<br />
2.2 Untergrund und Unterbau<br />
Für den Straßenbau sind die bautechnischen Eigenschaften der anstehenden Böden von<br />
Interesse, da von den mit ihnen verbundenen Bedingungen die Bemessung der Schichten<br />
der Konstruktion und der Entwässerung sowie der Baubetrieb beim Einbau des Oberbaus<br />
abhängig sind. Folgende straßenbautechnischen Eigenschaften der Böden sind relevant:<br />
- SB 2-8 -
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Frostsicherheit, Frostempfindlichkeit<br />
Bei mangelnder Frostsicherheit sind sowohl die Tragfähigkeit als auch die Ebenheit der<br />
Straße gefährdet. Frostsicher sind grobkörnige Böden, eingeschränkt frostsicher sind Böden<br />
mit geringer Kapillarität oder mit sehr geringer Wasserdurchlässigkeit. Kapillare Böden mit<br />
größerer Wasserdurchlässigkeit sind nicht frostsicher. Im folgenden wird hierauf noch näher<br />
eingegangen.<br />
Verdichtbarkeit, Nachverdichtungsneigung<br />
Nur ein gut verdichtbarer und verdichteter Boden kann seine Tragfähigkeitseigenschaften<br />
voll entwickeln. Mit einer guten Verdichtung erhöht sich die Tragfähigkeit. Bei schlecht verdichtbaren<br />
bzw. schlecht verdichteten Böden ist mit Nachverdichtungen und Nachsetzungen<br />
zu rechnen.<br />
Tragverhalten<br />
Das wichtigste Kriterium zum Erreichen eines guten Tragverhaltens ist die Bodenart. Hierfür<br />
ist ein hoher Grobkornanteil und ein gut gestuftes Material erwünscht. Entsprechend gute<br />
Eigenschaften erreichen die grobkörnigen Kies- und Sandböden, eng gestufte nur bedingt.<br />
Kornwanderung, Filterstabilität<br />
Bei fehlender Kohäsion können einkörnige Böden der Klassen SE und GE bei Wasserzutritt<br />
und unter Erschütterung ihren Platz im Fund<strong>am</strong>ent verlassen: Sie wandern oder fließen. Bei<br />
ungünstigen Korngrößenverhältnissen kann dies auch bei Böden der Klassen SI und GI<br />
passieren.<br />
Entwässerungseigenschaften<br />
Die Wasserbewegung im Boden wird durch den Hohlraumgehalt und die Größe der Hohlräume<br />
bestimmt. Somit haben einkörnige, grobkörnige Böden der Klassen SE und GE eine<br />
gute Dränagewirkung. Je besser grobkörnige Böden gestuft sind, desto kleiner wird der<br />
Hohlraumgehalt und desto geringer ist die Dränwirkung. Mit steigenden Schluff- und Tonanteilen<br />
entwickeln Böden eine stärkere Kapillarität, wodurch der freie Wasserfluss verhindert<br />
und d<strong>am</strong>it die Entwässerungsgeschwindigkeit bis hin zur Undurchlässigkeit verringert wird.<br />
Von diesen Eigenschaften des im Untergrund anstehenden bzw. im Unterbau verwendeten<br />
Bodens sind vor allem die Frostsicherheit, die Verdichtbarkeit und der Verdichtungszustand<br />
sowie die Tragfähigkeit maßgebend. Sie werden mit Hilfe entsprechender Prüfverfahren ermittelt<br />
und mit den Anforderungen z.B. der ZTV E-StB verglichen.<br />
- SB 2-9 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Eisenbahnwesen<br />
2.2.1 Frostempfindlichkeit von Böden<br />
Die Eigenschaften des Untergrundes/Unterbaus müssen u.a. im Hinblick auf die Frostsicherheit<br />
festgestellt werden, da von ihnen die erforderliche Dicke des Oberbaus abhängt. Als<br />
frostempfindlich gelten Böden, die ihr Volumen durch das beim Gefrieren kristallisierende<br />
Porenwasser verändern. Diese Eigenschaft beruht auf physikalischen und mineralchemischen<br />
Wechselwirkungen zwischen den Festteilchen und dem Porenwasser.<br />
Bei den physikalischen Einflussfaktoren kommt der mittleren Porengröße maßgebliche Bedeutung<br />
zu. Sie richtet sich nach den granulometrischen Merkmalen des Bodens, d.h. Größe,<br />
Form und Rauhigkeit der Bodenkörner sowie der Lagerungsdichte. Mineralchemisch<br />
wird die Frostempfindlichkeit des Bodens besonders dann beeinflusst, wenn er aus verwitterungsempfindlichen<br />
Mineralien besteht oder diese Stoffe durch das Porenwasser gelöst<br />
werden können.<br />
Das Gefrieren des Porenwasser erfolgt unter Volumenzunahme, was sich in frostempfindlichen<br />
Böden durch Hebungen äußert. Hier gefriert nicht nur das vor Ort vorhandene Wasser,<br />
sondern es bilden sich Zugspannungen im Porenwasser aus, so dass weiteres Wasser angezogen<br />
und in die Gefrierzone transportiert wird. Dort bilden sich dann ungleichmäßig verteilte<br />
„Eislinsen“ bzw. Eisschichten. Diese Hebungen gehen bei frostempfindlichem Feinkorn<br />
beim Auftauen meist nicht mehr voll zurück. Dadurch entstehen Risse und Stufen. Beim<br />
Tauen der Eislinsen und des gefrorenen Bodens kann das überschüssige Wasser nicht abfließen,<br />
solange der Boden darunter noch gefroren ist. Der Boden verändert seine Konsistenz<br />
und wird weich. Diese Bodenschichten können ihre Tragfähigkeit so stark verlieren,<br />
dass schon einzelne Lasten zur völligen Zerstörung des Oberbaus führen können. In jedem<br />
Fall sind engmaschige Risse, Längsrisse oder Spurrinnen zu erwarten.<br />
Nichtbindige feuchte Böden durchfrieren in der Regel gleichmäßig. Die Volumenausdehnung<br />
beim Übergang von Wasser zu Eis erfolgt in vorhandenen Poren oder durch Verdrängung<br />
des Wassers nach unten. Nichtbindige Böden mit geringen Feinanteilen sind deshalb nicht<br />
frostempfindlich.<br />
Das Frostverhalten der Böden wird in den ZTV E-StB nach den drei Klassen F1 bis F3 unterschieden<br />
(Abbildung 2.6). Ausgehend von den Bodengruppen der DIN 18196 bildet die<br />
Korngröße 0,063 mm die für das Frostverhalten kritische Grenze. Mit der Unterteilung in drei<br />
Gruppen werden zugleich drei unterschiedliche Entwässerungsbedingungen berücksichtigt:<br />
- Böden mit offenem Entwässerungssystem, gekennzeichnet durch einen geringen<br />
Durchflusswiderstand, bei denen das Volumen des Porenwassers beim Gefrieren um<br />
etwa 9 % zunimmt und gleichzeitig eine dieser Volumenzunahme entsprechende Porenwassermenge<br />
in den ungefrorenen Boden abfließt (Böden der Klasse F1)<br />
- SB 2-10 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
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- Böden mit geschlossenem Entwässerungssystem, die durch einen großen Durchflusswiderstand<br />
gekennzeichnet sind und bei denen kurzzeitig nur gebundenes Porenwasser<br />
beim Gefrieren frei wird und sich zur Frostgrenze bewegen kann (Tonböden<br />
der Klasse F2)<br />
- Böden mit offenem Entwässerungssystem, gekennzeichnet durch einen mittleren<br />
Durchflusswiderstand, bei denen neben dem gebundenen Porenwasser zusätzlich<br />
freies Wasser zur Frostgrenze bewegt wird (Böden der Klasse F3 und gemischtkörnige<br />
Böden der Klasse F2).<br />
Anmerkung:<br />
1 ) zu F 1 gehörig bei einem Anteil an Korn unter 0,063 mm von<br />
5,0 Gew.-% bei C u ≥ 15,0 oder 15,0 Gew.-% bei C u ≤ 6,0<br />
Im Bereich 6,0 < C u < 15,0 kann der für eine Zuordnung zu F 1 zulässige Anteil an Korn unter 0,063 mm<br />
linear interpoliert werden (s. Bild)<br />
C<br />
u<br />
=<br />
d<br />
60<br />
d<br />
10<br />
Abbildung 2.6<br />
Klassifikation der Frostempfindlichkeit von Bodengruppen nach<br />
ZTV E-StB<br />
- SB 2-11 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Eisenbahnwesen<br />
Für das unterschiedliche Frostverhalten der Bodengruppen sind folgende Merkmale charakteristisch:<br />
- Grobkörnige Böden der Klasse F1 weisen beim Gefrieren keine oder nur geringe Hebungen<br />
auf. Auch beim Auftauen entwässern sie gut.<br />
- Feinkörnige Böden mit hohen Schluffanteilen (Klasse F3) zeigen große Hebungen<br />
und gelten als sehr frostempfindlich. Tonböden sind wegen ihres großen Durchflusswiderstandes<br />
weniger frostempfindlich und werden der Klasse F2 zugeordnet.<br />
- Gemischtkörnige Bodenarten zeigen je nach Anteil und Plastizität des Feinkorns ein<br />
ähnliches Frostverhalten wie die feinkörnigen Bodenarten und können gering bis sehr<br />
frostempfindlich sein. Diese Böden neigen zu ungleichen Frosthebungen und in den<br />
Tauintervallen zu unterschiedlichen Verformungen unter Verkehr.<br />
Für die Frostwirkung ist auch die Tiefe der Frosteindringung und die Dauer der Frostperiode<br />
von Bedeutung. Die Tiefe der Frosteindringung hängt neben der Frostintensität von der<br />
Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes, also von der Bodenart und deren Wassergehalt, der<br />
Bedeckung mit Schnee sowie den lokalen Gegebenheiten ab. Die Frosteindringtiefe ist bei<br />
Sandböden größer als bei Lehm- und Tonböden. Die Frostintensität wird über den Frostindex<br />
F i beschrieben. Er ist die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum der<br />
Temperatursummenkurve einer Kälteperiode. Über den Frostindex wird Deutschland in drei<br />
Frosteinwirkungszonen eingeteilt (Abbildung 2.7). Örtliche Besonderheiten können zu Abweichungen<br />
von diesen Zonen führen.<br />
- SB 2-12 -
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Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 2.7<br />
Frosteinwirkungszonen nach RStO<br />
Die Karte ist detailliert auf der Homepage der Bundesanstalt für Straßenwesen<br />
(www.bast.de) und des FGSV Verlages (www.fgsv-verlag.de) abrufbar.<br />
2.2.2 Verdichtungszustand des Bodens<br />
Unter Verdichtung wird die Verringerung der Hohlräume (Porenräume) des Bodens durch<br />
mechanische Einwirkung verstanden. Durch die Erhöhung der Dichte wird i.d.R. auch ein<br />
besseres Trag- und Verformungsverhalten erreicht. Daher ist eine gute Verdichtung eine<br />
- SB 2-13 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
wesentliche Voraussetzung für die Qualität der eingebauten Schicht. Ausreichende Kenntnisse<br />
über die bodenphysikalischen Zus<strong>am</strong>menhänge bei der Verdichtung in Abhängigkeit<br />
von den Eigenschaften des verwendeten Materials bzw. des anstehenden Bodens sind die<br />
Grundlage für eine gute Verdichtung. Aus der Bodenart ergibt sich auch die Wahl der Verdichtungsgeräte<br />
unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten.<br />
Die Grundlage für die Beurteilung der Verdichtung bildet die Trockendichte ρ d . Mit Hilfe des<br />
Proctorversuches nach DIN 18127 wird im Labor unter festgelegten Versuchsbedingungen<br />
die Trockendichte eines Bodens nach der Verdichtung in Abhängigkeit vom Wassergehalt<br />
festgestellt. Aus dem Ergebnis des Versuchs lässt sich auch ableiten, bei welchem Wassergehalt<br />
sich ein Boden günstig verdichten lässt.<br />
Für die Ermittlung der Bezugstrockendichte wird eine Probe des Bodens in einem Versuchszylinder<br />
aus Stahl mit festgelegten Abmessungen durch ein festgelegtes Fallgewicht mit einer<br />
standardisierten Verdichtungsarbeit in einem festgelegten Verfahren verdichtet<br />
(Abbildung 2.8). Der Versuch besteht aus mindestens fünf Einzelversuchen, die sich durch<br />
jeweils einen anderen Wassergehalt der Bodenprobe unterscheiden.<br />
Als Ergebnis des Proctorversuches erhält man die erreichten Trockendichten ρ d der einzelnen<br />
Proben in Abhängigkeit vom Wassergehalt w. Diese Trockendichten werden in Abhängigkeit<br />
vom Wassergehalt in ein Diagr<strong>am</strong>m eingezeichnet und die für diesen Versuch charakteristische<br />
Proctorkurve graphisch ermittelt (Abbildung 2.9). Die Trockendichte ρ d steigt<br />
mit zunehmendem Wassergehalt an und fällt von einem bestimmten Wassergehalt an wieder<br />
ab. Die dabei maximal erreichte Trockendichte wird als Proctordichte ρ Pr bezeichnet, der<br />
dazugehörige Wassergehalt ist der optimale Wassergehalt w Pr .<br />
Die Feuchtedichte ρ f der Probe errechnet sich zu:<br />
ρ<br />
f<br />
=<br />
mf<br />
V<br />
[g/cm³]<br />
mit: m f = Feuchtmasse der Probe in g<br />
V = Volumen des Proctor-Zylinders in cm³<br />
Die Trockendichte ρ d ist:<br />
ρ<br />
md<br />
= 1+ w<br />
d<br />
=<br />
m<br />
V<br />
d<br />
[g/cm³]<br />
mit: m d = Trockenmasse in g<br />
w = Wassergehalt = (m w /m d ) ⋅100 in %<br />
m w = Masse des Porenwassers in g.<br />
- SB 2-14 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 2.8 Proctorversuch nach DIN 18127<br />
- SB 2-15 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 2.9<br />
Beispiel einer Proctorkurve an feinkörnigen Böden<br />
In den Diagr<strong>am</strong>men werden auch die Sättigungslinien dargestellt. Sie geben die Beziehung<br />
zwischen Trockendichte und dem Wassergehalt in Abhängigkeit vom Sättigungsgrad aller<br />
Poren des Bodens wieder. Die Trockendichte wird i.a. für einen Sättigungsgrad von 0,7 und<br />
1 nach folgender Formel berechnet:<br />
- SB 2-16 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
ρ<br />
d<br />
ρs<br />
=<br />
w ⋅ρs<br />
1+<br />
ρ ⋅ s<br />
w<br />
e<br />
[g/cm³]<br />
mit: ρ s = Korndichte in g/cm³<br />
ρ w = Dichte des Wassers in g/cm³<br />
s r = Sättigungszahl<br />
Der waagrechte Abstand der Sättigungslinie von der Proctorkurve ist ein Maß für den jeweiligen<br />
Luftgehalt der einzelnen Proben. Er gibt den Anteil der luftgefüllten Poren an dem ges<strong>am</strong>ten<br />
Volumen der Probe an.<br />
Generell haben in verdichtetem Zustand weit gestufte grobkörnige Böden einen geringeren<br />
Hohlraumgehalt und eine höhere Trockendichte als feinkörnige Böden. Grobkörnige Böden<br />
benötigen aufgrund der geringeren spezifischen Oberfläche einen geringeren Wassergehalt<br />
zur optimalen Verdichtung als feinkörnige. Charakteristische Proctorkurven an grobkörnigen<br />
Böden zeigt Abbildung 2.10. Hier ist zu erkennen, dass bei den grobkörnigeren Böden die<br />
Trockendichte und der Einfluss des Wassergehalts mit zunehmender Ungleichförmigkeit der<br />
Gemische größer wird. Die gleichförmig abgestuften Sande weisen sehr flach verlaufende<br />
Kurven auf, woraus folgt, dass ihre Verdichtung nur wenig vom Wassergehalt beeinflusst<br />
wird.<br />
Abbildung 2.10<br />
Proctorkurven verschiedener Kiese und Sande<br />
(ZTV E-StB Kommentar)<br />
- SB 2-17 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Die Verdichtung feinkörniger Böden ist nur möglich, wenn ein Anteil kompressibler Luftporen<br />
vorhanden ist. Wassergesättigte Böden lassen sich daher wegen der Inkompressibilität des<br />
Wassers nicht verdichten, wenn sie nicht gleichzeitig entwässern können. Die Verdichtungseigenschaften<br />
richten sich nach dem Wassergehalt, der Plastizität und der Kornzus<strong>am</strong>mensetzung.<br />
Charakteristische Proctorkurven feinkörniger Böden sind in Abbildung 2.11 dargestellt.<br />
Sie zeigen, dass die Trockendichte bei Böden mit abnehmendem Korndurchmesser<br />
abnimmt und dass das Vermögen, Wasser zu binden, steigt.<br />
Abbildung 2.11<br />
Proctorkurven verschiedener fein- und gemischtkörniger Böden<br />
(ZTV E-StB Kommentar)<br />
Um die Verdichtung zu prüfen, werden auf der Baustelle in Abhängigkeit von der Größe der<br />
Fläche eine entsprechende Anzahl Proben genommen (siehe hierzu ZTV E-StB). Anhand<br />
der Proben wird die Trockendichte ρ d nach folgender Formel berechnet:<br />
ρ<br />
d<br />
=<br />
m<br />
V<br />
d<br />
[g/cm³]<br />
mit: m d = Trockenmasse der Probe in g<br />
V = Volumen der Probe in cm³<br />
Dafür muss zunächst die Trockenmasse der Probe bestimmt werden. Die Probe wird auf<br />
105 °C erhitzt, wodurch das Wasser verd<strong>am</strong>pft, und anschließend gewogen. Das Volumen V<br />
der Probe kann je nach Bodenart durch unterschiedliche Verfahren bestimmt werden<br />
(Abbildung 2.12).<br />
- SB 2-18 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Bodenart<br />
ohne Grobkorn<br />
bindiger<br />
Boden<br />
mit Grobkorn<br />
Fein- bis Mittelsande<br />
Steine und Blöcke mit geringen<br />
Beimengungen<br />
Ausstechzylinder-Verf.<br />
keine<br />
Ballon-, Kleisterersatz-,<br />
Ausstechzylinder-<br />
Gipsersatz-, Wasser-<br />
Verfahren<br />
ersatz-Verfahren<br />
Ballon-, Wasserersatz-,<br />
Ausstechzylinder-,<br />
Gipsersatz-Verfahren<br />
Sandersatz-, Bentonitersatz-Verfahren<br />
Schürfgruben-,<br />
Wasserersatz-Verf.<br />
alle anderen<br />
Verfahren<br />
Kies-Sand-Gemisch<br />
nichtbindiger<br />
Boden<br />
sandarmer Kies<br />
Verfahren<br />
gut geeignet<br />
ungeeignet<br />
Ausstechzylinder und Keine<br />
alle anderen Verfahren<br />
alle Ersatzverfahren<br />
Ausstechzylinder-<br />
Verfahren<br />
Abbildung 2.12<br />
Eignung verschiedener Verfahren zur Volumenbestimmung in<br />
Abhängigkeit der Bodenart<br />
Beim Ausstechzylinder-Verfahren wird ein Zylinder mit bekanntem Volumen in den Boden<br />
getrieben und anschließend vorsichtig ausgegraben. Dieses Verfahren eignet sich für bindige<br />
Böden und Fein- bis Mittelsande.<br />
Für das Sandersatz-Verfahren wird unter einer Stahlringplatte der Boden auf 20 bis 30 cm<br />
Tiefe ausgehoben und seine Masse durch Wiegen bestimmt. Auf die Stahlringplatte wird ein<br />
mit Prüfsand gefüllter und gewogener Doppelzylinder aufgesetzt und der Sand in die Prüfgrube<br />
gerieselt. Der Doppeltrichter mit der restlichen Prüfsandmenge wird anschließend gewogen.<br />
Wenn die Schüttdichte des Prüfsandes und die Menge des verbrauchten Sandes<br />
bekannt sind, kann das Volumen der Prüfgrube bestimmt werden. Außer durch Sand kann<br />
das Volumen der Grube auch mit anderen Ersatzstoffen bestimmt werden, z.B. beim Ballon-,<br />
Flüssigkeitsersatz- oder Gipsersatzverfahren.<br />
Mit der so ermittelten Trockendichte ρ d kann der Verdichtungsgrad<br />
D<br />
Pr<br />
ρ<br />
=<br />
ρ<br />
d<br />
Pr<br />
⋅100<br />
[%]<br />
errechnet werden, der die Proctordichte ρ Pr als Bezugsgröße hat.<br />
- SB 2-19 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
2.2.3 Anforderungen an das Verdichten<br />
Der Verdichtungsgrad des Untergrunds bzw. Unterbaus von Straßen und Wegen muss bestimmten<br />
Anforderungen gerecht werden, die im Technischen Regelwerk, z.B. den ZTV E-<br />
StB, festgelegt sind (Abbildung 2.13).<br />
Bereich Bodengruppen D Pr in %<br />
1<br />
Planum bis 1,0 m<br />
Tiefe bei Dämmen<br />
und bis 0,5 m Tiefe<br />
bei Einschnitten<br />
GW, GI, GE<br />
SW, SI, SE<br />
GU, GT, SU, ST<br />
100<br />
2<br />
1,0 m unter Planum<br />
bis D<strong>am</strong>msohle<br />
GW, GI, GE<br />
SW, SI, SE<br />
GU, GT, SU, ST<br />
98<br />
3<br />
Planum bis<br />
D<strong>am</strong>msohle und<br />
bis 0,5 m Tiefe bei<br />
Einschnitten<br />
GU*, GT*, SU*, ST*<br />
U, T, OU, OT<br />
97<br />
1) Das Mindestquantil ist das kleinste zugelassene Quantil, unter<br />
dem nicht mehr als der vorgegeben Anteil von Merkmalswerten<br />
(z.B. für den Verdichtungsgrad) der Verteilung zugelassen ist.<br />
Abbildung 2.13<br />
Anforderungen an das 10 %-Mindestquantil 1) für den Verdichtungsgrad<br />
D Pr (ZTV E-StB)<br />
Diese Anforderungen gelten für alle grob-, fein- und gemischtkörnigen Böden, sofern es aufgrund<br />
ihrer Eigenschaft möglich ist, die Proctordichte ρ Pr und den Verdichtungsgrad D Pr zu<br />
ermitteln, sowie für alle aufbereiteten Korngemische aus gebrochenen oder ungebrochenen<br />
Gesteinskörnungen (z.B. Kiese, Sande, Hochofenschlacke) mit entsprechender Kornzus<strong>am</strong>mensetzung.<br />
2.2.4 Prüfung des Tragverhaltens (Verformungsmodul)<br />
Als Kenngröße für das Trag- und Verformungsverhalten des Planums als Unterlage für den<br />
Straßenbau gilt der Verformungsmodul E V2 . Der Verformungsmodul kennzeichnet das elastisch-plastische<br />
Verhalten des Bodens unter der Voraussetzung bestimmter Belastungs- und<br />
einaxialer Verformungsbedingungen.<br />
Der E V2 -Wert wird über den statischen Plattendruckversuch nach DIN 18134 ermittelt. Das<br />
Prüfgerät besteht aus einer starren Lastplatte von 30 oder 60 cm Durchmesser, die auf den<br />
zu prüfenden Boden aufgelegt wird. Der Druckstempel stützt sich gegen ein Widerlager, z.B.<br />
die Hinterachse eines Lkw. Die Lastplatte wird mit Hilfe einer hydraulischen Presse mittig<br />
- SB 2-20 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
belastet. Der aufgebrachte Druck wird an einem Manometer, die dazugehörigen Setzungen<br />
an einer Messuhr abgelesen (Abbildung 2.14).<br />
Abbildung 2.14<br />
Versuchsaufbau beim Plattendruckversuch<br />
Auf die Platte wird in 6 bis 8 gleich großen Laststufen eine Belastung aufgebracht, dann wird<br />
sie schrittweise wieder entlastet und ein zweites Mal analog der Erstbelastung belastet. Die<br />
Werte werden mit den zugehörigen Setzungen im Prüfprotokoll festgehalten. Die Last bei<br />
der Erstbelastung wird solange gesteigert, bis eine Setzung von 5 mm oder eine Normalspannung<br />
unter der Platte von 0,5 MN/m² erreicht ist. Die graphische Darstellung der Ergebnisse<br />
liefert die Drucksetzungslinie, wie sie beispielhaft in Abbildung 2.15 gezeigt ist.<br />
Der Ermittlung der Verformungsmoduln werden ausgeglichene Drucksetzungslinien zugrundegelegt.<br />
Sie sind durch ein Polynom zweiten Grades<br />
s = a0 + a1<br />
⋅ σ<br />
0<br />
+ a2<br />
⋅ σ<br />
2<br />
0<br />
[mm]<br />
zu beschreiben, dessen Konstanten durch Anpassung an die Versuchsergebnisse nach der<br />
Methode der kleinsten Fehlerquadrate gewonnen werden.<br />
Es bedeuten:<br />
σ<br />
0<br />
mittlere Normalspannung unter der Platte in MN/mm 2<br />
s<br />
0,a1,<br />
a2<br />
Setzung im Plattenzentrum in mm<br />
a Konstanten des Polynoms 2. Grades<br />
Für die Ermittlung der Konstanten des Erstverdichtungsastes wird der Punkt s = 0 nicht berücksichtigt.<br />
Der Verformungsmodul E V errechnet sich nach<br />
- SB 2-21 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Eisenbahnwesen<br />
E<br />
v<br />
= 1,5 ⋅r<br />
⋅<br />
a<br />
1<br />
1<br />
+ a ⋅σ<br />
2<br />
0,max<br />
[MN/m²]<br />
mit: r = Radius der Lastplatte in mm<br />
σ<br />
0,max<br />
= maximale mittlere Normalspannung in MN/m².<br />
Der Verformungsmodul des Erstbelastungsastes wird mit einem Index 1, also E V1 , und der<br />
des Zweitbelastungsastes mit einem Index 2, also E V2 , versehen.<br />
Abbildung 2.15 Auswertung eines Plattendruckversuches (DIN 18134)<br />
Aus dem Verformungsmodul der Zweitbelastung E V2 und dem Verhältnis E V2 /E V1 kann die<br />
erreichte Verdichtung bzw. der Verdichtungszustand abgeschätzt werden, denn von einem<br />
- SB 2-22 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
ausreichenden E V2 -Wert allein kann nicht auf eine ausreichende Verdichtung geschlossen<br />
werden. Hinweise darauf, wie gut verdichtet wurde, gibt der Verhältniswert E V2 /E V1 . Dieser ist<br />
umso größer, je stärker die Erstbelastung des Plattendruckversuches den Boden nachverdichtet<br />
hat. Somit deuten niedrige Verhältniswerte auf eine gute Verdichtung hin, hohe Werte<br />
auf eine unzureichende Verdichtung. Wenn jedoch die Erstbelastung zu großen Verformungen<br />
führt, die Entlastung eine große Rückstellung zur Folge hat und die Zweitbelastung wieder<br />
große Verformungen bewirkt, dann ergibt das zwar einen niedrigen Verhältniswert<br />
E V2 /E V1 , aber der Boden ist trotzdem nicht gut verdichtet und kann auch nicht verdichtet werden.<br />
Daher müssen immer auch die Drucksetzungslinien interpretiert werden, um Fehlschlüsse<br />
zu vermeiden.<br />
Außer dem statischen Plattendruckversuch kann der dyn<strong>am</strong>ische Plattendruckversuch zur<br />
Überprüfung des Tragverhaltens und der erreichten Verdichtung von Böden im Untergrund/Unterbau<br />
eingesetzt werden. Das Prüfverfahren ist in den TP BF-StB beschrieben; es<br />
eignet sich besonders für grobkörnige und gemischtkörnige Böden mit einem Größtkorn bis<br />
63 mm. Bei dem dyn<strong>am</strong>ischen Plattendruckversuch wird ein Gewicht von 10 kg stoßartig<br />
über ein Federelement auf eine Lastplatte von 30 cm Durchmesser und 15 kg Gewicht aufgebracht<br />
(Abbildung 2.16). Während des Stoßes wird die Setzungs<strong>am</strong>plitude gemessen und<br />
wie beim statischen Plattendruckversuch der Verformungsmodul E v dyn berechnet. Die Werte<br />
E v dyn sind ungefähr halb so groß wie die E V2 -Werte des statischen Plattendruckversuches.<br />
- SB 2-23 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 2.16 Prinzipskizze des leichten Fallgewichtgerätes (TP BF-StB – Teil B)<br />
2.2.5 Anforderungen an den Verformungsmodul<br />
Die Anforderungen an den Verformungsmodul E V2 sind für Erdarbeiten im Straßenbau in den<br />
ZTV E-StB folgendermaßen festgelegt:<br />
„Bei einem Straßenoberbau der Belastungsklassen 100 und 32 bis 1,8 auf frostsicherem<br />
Untergrund bzw. Unterbau ist auf dem Planum ein Verformungsmodul von mindestens E V2 =<br />
120 MN/m², bei den Belastungsklassen 1,0 und 0,3 ein Verformungsmodul von mindestens<br />
E V2 = 100 MN/m² erforderlich. Bei frostempfindlichem Untergrund bzw. Unterbau ist auf dem<br />
Planum ein Verformungsmodul von mindestens E V2 = 45 MN/m² erforderlich.”<br />
Die Größe dieser Werte steht in erster Linie im Zus<strong>am</strong>menhang mit den Verdichtungsanforderungen<br />
gemäß ZTV E-StB. Mit den Anforderungen soll dazu beigetragen werden, die<br />
Nachverdichtungen unter Verkehr vorwegzunehmen, die Witterungsempfindlichkeit des Bodens<br />
während der Bauzeit oder während der freien Überwinterung einzuschränken, die Unterlage<br />
des Oberbaus gleichmäßig tragfähig zu gestalten und die Befahrbarkeit des Planums<br />
und der unteren Tragschicht während der Bauzeit sicherzustellen. Die Erhaltung dieser Qua-<br />
- SB 2-24 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Eisenbahnwesen<br />
litätsmerkmale wirkt sich langfristig günstig auf die Befahrbarkeit und den Erhalt der Fahrbahnbefestigungen<br />
aus.<br />
In vertragsrechtlicher Hinsicht haben die für das Planum vorgeschriebenen E V2 -Moduln die<br />
Bedeutung, dass sie zusätzlich zu den Anforderungen an den Verdichtungsgrad D Pr erfüllt<br />
werden müssen. Das bedeutet, dass nach Erreichen der vorgeschriebenen Anforderungen<br />
für den Verdichtungsgrad D Pr weiter verdichtet werden muss, wenn die E V2 -Anforderung<br />
noch nicht erfüllt ist.<br />
Indirekte Prüfung des Verdichtungsgrades mittels Plattendruckversuch<br />
Als Ersatz für die Bestimmung des Verdichtungsgrades kann bei grobkörnigen Böden und<br />
gemischtkörnigen Böden mit einem Feinkornanteil kleiner 15 M.-% auch die Bestimmung<br />
des Verdichtungsgrades mit dem statischen Plattendruckversuch nach DIN 18134 herangezogen<br />
werden (siehe Kap. 2.2.4). Richtwerte für die Zuordnung sind in Abbildung 2.17 dargestellt.<br />
Zusätzlich ist der Verhältniswert des Verformungsmoduls E v2 /E v1 zur Beurteilung des<br />
Verdichtungszustandes zu berücksichtigen.<br />
Bodengruppe<br />
statischer Verformungsmodul<br />
E v2 in<br />
MN/m²<br />
E v2 /E v1<br />
Verdichtungsgrad D Pr<br />
in %<br />
GW, GI<br />
≥ 100<br />
≥ 80<br />
≤ 2,3<br />
≤ 2,5<br />
≥ 100<br />
≥ 98<br />
GE, SE, SW, SI<br />
≥ 80<br />
≥ 70<br />
≤ 2,3<br />
≤ 2,5<br />
≥ 100<br />
≥ 98<br />
Abbildung 2.17<br />
Richtwerte für die Zuordnung von statischem Verformungsmodul<br />
E v2 und Verhältniswert E v2 /E v1 zum Verdichtungsgrad D Pr bei<br />
grobkörnigen Bodengruppen (in Anlehnung an ZTV E-StB)<br />
2.3 Bodenverbesserung und Bodenverfestigung<br />
Wenn sich die nach ZTV E-StB geforderte Tragfähigkeit des anstehenden Bodens mit den<br />
üblichen Methoden des Erdbaus nicht erreichen lässt, muss der Untergrund/Unterbau verbessert<br />
oder verfestigt werden.<br />
Bodenverfestigungen sind Verfahren, bei denen die Widerstandsfähigkeit des Bodens gegen<br />
verkehrliche und klimatische Beanspruchungen durch die Zugabe von Bindemitteln erhöht<br />
wird. Dies bewirkt, dass der Boden dauerhaft tragfähig und frostbeständig wird.<br />
Bodenverbesserungen sind Verfahren zur Verbesserung der Einbaufähigkeit und Verdichtbarkeit<br />
von Böden und zur Erleichterung der Ausführung von Bauarbeiten. Bodenverbesse-<br />
- SB 2-25 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Eisenbahnwesen<br />
rungen können durch die Zugabe von Bindemitteln, durch das Einbringen anderer geeigneter<br />
Baustoffe oder durch andere Maßnahmen erzielt werden.<br />
Die Anwendung von Bodenverfestigungen erfolgt nach ZTV E-StB in der oberen Zone des<br />
Untergrundes/Unterbaues von Straßen und Wegen aller Art sowie bei anderen Verkehrsflächen.<br />
Sie erhöhen die Tragfähigkeit und d<strong>am</strong>it die Befahrbarkeit und tragen zur Frostsicherheit<br />
des Straßenaufbaues bei. Verfestigungen von frostsicheren Böden, die Bestandteil des<br />
Oberbaus von Verkehrsflächen sind (z.B. Frostschutzschicht) werden in der ZTV Beton-StB<br />
behandelt.<br />
Bodenverbesserungen werden bei Erdarbeiten für Straßen, Wege und andere Verkehrsflächen<br />
im Untergrund/Unterbau angewendet. Nasse, nicht ausreichend verdichtbare Böden<br />
können hierdurch einbau- und verdichtungsfähig gemacht, die Tragfähigkeit kann erhöht und<br />
die Witterungsempfindlichkeit vermindert werden. Schwer verarbeitbare Böden können<br />
durch eine Verbesserung mit Kalk für eine anschließende Bodenverfestigung aufgeschlossen<br />
werden.<br />
Die Bodenverfestigungen werden nach Art des verwendeten Bindemittels unterschieden. Je<br />
nach Zweck der Verfestigung sowie Art und Beschaffenheit des Bodens kommen hydraulische<br />
und bituminöse Bindemittel sowie Baukalke in Betracht (Abbildung 2.18).<br />
Sandige Kiese bis schwach bindige Sande lassen sich mit hydraulischen und bituminösen<br />
Bindemitteln stabilisieren. Die Verfestigung beim Einsatz von Zementen beruht auf dessen<br />
chemischen Kristallisationsvorgang, durch den die Bodenteilchen gebunden werden. Hierzu<br />
muss der Zement so eingemischt werden, dass sich die Zement- und Bodenteilchen im Gemisch<br />
gleichmäßig verteilen und berühren. Das Einmischen von bituminösen Bindemitteln<br />
und die anschließende Verdichtung des Bodens verkitten die Bodenteilchen.<br />
- SB 2-26 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 2.18<br />
Korngrößenbereiche für die Verfestigung und Verbesserung von<br />
Böden mit verschiedenen Bindemitteln<br />
Feinkalke und Kalkhydrate eignen sich vorrangig für das Verbessern von bindigen bis stark<br />
bindigen Böden, also Tonen, tonigen Schluffen sowie bindigen Sanden und Kiesen. Das<br />
Einmischen des Kalkes bewirkt eine schnelle Reduktion des Bodenwassergehaltes. Der Boden<br />
wird in seiner Struktur verändert, da eine Koagulation der Minerale eintritt und somit<br />
eine Krümelbildung stattfindet. Der Kalk verändert die Plastizitätseigenschaften des Bodens,<br />
indem vor allem der Wassergehalt der Ausrollgrenze w P erhöht wird. Diese Erhöhung sowie<br />
die Reduktion des Wassergehalts bewirken, dass der Boden schnell in die feste Zustandsform<br />
übergeht und diese auch bei relativ hohem Wassergehalt beibehält.<br />
Eine Bodenverbesserung ist auch ohne Bindemittel möglich, wenn dem Boden fehlende<br />
Körnungen zugesetzt werden. So können eng gestufte Böden eine weitere Kornabstufung<br />
erhalten und dadurch tragfähiger werden. Ebenso können auch feinere Korngrößen zur Festigung<br />
des Bodens beitragen.<br />
Die Bauverfahren für die Bodenverfestigung werden nach dem Mischvorgang unterschieden,<br />
von dessen Gleichmäßigkeit die Qualität der Verfestigung maßgebend abhängt. Folgende<br />
Verfahren kommen zum Einsatz:<br />
Baumischverfahren (mixed in place)<br />
Das Baumischverfahren erfolgt an Ort und Stelle durch einen Gerätezug, bestehend aus<br />
Bindemittel-Verteilgerät, Sprengwagen oder Sprühbalken sowie Misch- und Verdichtungsgerät.<br />
Nach dem Auflockern des Bodens und dem Aussortieren großer Steine wird evtl. Wasser<br />
zugegeben, dann vorverdichtet, Bindemittel verteilt und untergemischt sowie nochmals<br />
verdichtet. Das Baumischverfahren bildet bei Bodenverfestigungen die Regel.<br />
- SB 2-27 -
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Eisenbahnwesen<br />
Zentralmischverfahren (mixed in plant)<br />
Das Mischen des Bodens, des Bindemittels, des erforderlichen Wassers und der erforderlichen<br />
Zusatzstoffe erfolgt bei diesem Verfahren in ortsfesten Mischanlagen. Die für das Einbauen<br />
des fertigen Gemisches sowie für das Verdichten und Nachbehandeln erforderlichen<br />
Arbeitsgänge entsprechen denen beim Baumischverfahren.<br />
Die Anforderungen an die Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen sind in der<br />
ZTV E-StB festgelegt. Der Verdichtungsgrad soll demnach unmittelbar nach Abschluss der<br />
Verdichtung 98 % der Proctordichte nicht unterschreiten. Bei der Stabilisierung mit hochhydraulischem<br />
Kalk gilt als Richtwert für die Druckfestigkeit z.B. 6 MN/m² nach 28 Tagen. Die<br />
bautechnisch erforderliche Mindestdicke der im Baumischverfahren hergestellten Schichten<br />
soll 15 cm nicht unterschreiten.<br />
2.4 Verständnisfragen<br />
‣ Warum haben Sande gemäß Proctorversuch prinzipiell einen höheren optimalen Wassergehalt<br />
als Kiese?<br />
‣ Wozu dient der Verdichtungsgrad D Pr im Straßenbau?<br />
‣ Aufgrund welcher Kenngrößen werden Böden klassifiziert?<br />
‣ Welche Verfahren dienen der Einschätzung der Tragfähigkeit von Böden?<br />
‣ Welche Anforderungen an die Eigenschaften von Böden werden im Straßenbau gestellt?<br />
‣ Wie wird die Frostempfindlichkeit von Böden klassifiziert?<br />
‣ Warum sind als Ergebnis des Plattendruckversuches sowohl der Absolutwert E V2 als<br />
auch der Verhältniswert E V2 /E V1 von Bedeutung?<br />
‣ Welche Arten von Bindemitteln werden für Bodenverfestigungen eingesetzt? Warum?<br />
- SB 2-28 -
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3 Oberbau<br />
Die Bemessung des Straßenoberbaus erfolgt mit dem Ziel, verschiedene, wirtschaftlich herstellbare<br />
Befestigungsschichten so miteinander zu kombinieren, dass die Straßenkonstruktion<br />
den voraussichtlichen Verkehrsbeanspruchungen für einen vorgegebenen Zeitraum annähernd<br />
gerecht wird. Aufgrund theoretischer Berechnungen und langjähriger Erfahrungen<br />
haben sich mehrere Standardaufbauten herausgebildet. Diese sind in den „Richtlinien für die<br />
Standardisierung des Straßenoberbaus von Verkehrsflächen“ (RStO) geregelt. Sie gelten für<br />
den Neubau und die Erneuerung von Straßenverkehrsflächen innerhalb und außerhalb geschlossener<br />
Ortslagen.<br />
Mit der Standardisierung des Straßenoberbaus soll ein Befestigungsstandard für Fahrbahnen<br />
und sonstige Verkehrsflächen geschaffen und beibehalten werden, indem technisch<br />
geeignete und wirtschaftliche Bauweisen angewendet werden. Diese berücksichtigen vor<br />
allem die Funktion der Verkehrsfläche, die Verkehrsbelastung, die Lage der Verkehrsfläche<br />
im Gelände, die Bodenverhältnisse, bei zu erneuernden Verkehrsflächen deren Bauweise<br />
und Zustand sowie die Bedingungen, die sich durch die freie Strecke oder die geschlossene<br />
Ortslage ergeben.<br />
Der standardisierte Oberbau besteht aus mehreren Schichten. Die Abbildungen 3.1 und 3.2<br />
zeigen beispielhaft den Aufbau einer Befestigung außerhalb und innerhalb geschlossener<br />
Ortslagen.<br />
Abbildung 3.1<br />
Beispielhafter Aufbau einer Befestigung außerhalb geschlossener<br />
Ortslagen sowie in geschlossener Ortslage mit wasserdurchlässigen<br />
Randbereichen – D<strong>am</strong>m/Einschnitt – (RStO)<br />
- SB 3-1 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 3.2<br />
Beispielhafter Aufbau einer Befestigung in geschlossener Ortslage<br />
mit wasserundurchlässigen Randbereichen und geschlossener<br />
seitlicher Bebauung sowie mit Entwässerungseinrichtungen<br />
(RStO)<br />
Für die Bemessung des Oberbaus werden die Schichtdicken und Schichtfolgen nach Bauweisen<br />
festgelegt. Bei der Wahl der Bauweise, d.h. Asphalt-, Beton- oder Pflasterbauweise,<br />
sind die örtlichen Gegebenheiten, regionalen Erfahrungen mit Baustoffen und Klima, technischen<br />
und wirtschaftlichen Gesichtspunkte sowie Umweltbedingungen zu berücksichtigen,<br />
wie zum Beispiel die Verwendung örtlicher Baustoffe, stufenweiser Aufbau, nutzungsbedingte<br />
Besonderheiten wie besonders schwerer Verkehr, Auswirkungen von Erhaltungsstrategien,<br />
Verringerung der Lärmemissionen, Umweltverträglichkeit von industriellen Nebenprodukten<br />
oder Recycling-Baustoffen.<br />
Die Bauweisen, die mit Asphalt- und Betondecken ausgeführt werden, sind als gleichwertig<br />
anzusehen, d.h. bemessen für einen bestimmten Belastungsfall können beide Bauweisen<br />
diese Verkehrsbelastung im Nutzungszeitraum ohne strukturelle Schäden im Oberbau aufnehmen.<br />
Dies gilt nicht uneingeschränkt für Pflasterbauweisen, die insbesondere unter Berücksichtigung<br />
der Anforderung an Straßen in geschlossener Ortslage festgelegt werden.<br />
Wenn aufgrund der Bewertung der Restsubstanz der vorhandenen Verkehrsfläche eine Erneuerung<br />
erforderlich wird oder die Konstruktion an die gestiegenen Verkehrsbeanspruchungen<br />
angepasst werden muss, dann ist eine für den Verwendungszweck, die örtlichen<br />
Gegebenheiten und die Verkehrsführung im Bauzustand zweckmäßige und wirtschaftliche<br />
Erneuerungsart und -bauweise auszuwählen. Hierfür stehen grundsätzlich drei Erneuerungsarten<br />
zur Auswahl:<br />
- SB 3-2 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
- Erneuerung im Tiefeinbau: Vollständiger Ersatz des vorhandenen Oberbaus<br />
- Erneuerung im Hocheinbau: Einbau von einer oder mehreren Schichten auf die vorhandene<br />
Verkehrsflächenbefestigung<br />
- Erneuerung im Hocheinbau bei teilweisem Ersatz der vorhandenen Befestigung: Einbau<br />
von einer oder mehreren Schichten nach Teilausbau ungeeigneter Schichten,<br />
sofern die Erhöhung der Ges<strong>am</strong>tdicke des ursprünglichen Oberbaus mehr als 4 cm<br />
beträgt.<br />
3.1 Einteilung in Belastungsklassen<br />
Außer den Rad- und Gehwegen werden alle Fahrbahnen und sonstigen Verkehrsflächen wie<br />
Busverkehrsflächen, Park- und Rastanlagen, Parkplätze o.ä. entsprechend der Beanspruchung<br />
durch den Schwerverkehr in Belastungsklassen eingeteilt.<br />
Für die Zuordnung zu einer Belastungsklasse wird gemäß RStO die dimensionierungsrelevante<br />
Beanspruchung B zugrunde gelegt. Diese entspricht der Summe der gewichteten<br />
äquivalenten 10-t-Achsübergängen im vorgesehenen Nutzungszeitraum. Unter einem äquivalenten<br />
10-t-Achsübergang versteht man die Beanspruchung durch einen tatsächlichen<br />
Achsübergang, normiert auf die Beanspruchung durch einen 10-t-Achsübergang. Die dimensionierungsrelevante<br />
Beanspruchung B kann entweder auf der Grundlage des DTV (SV) unter<br />
zu Hilfenahme von Lastkollektivquotienten, die von der Straßenklasse abhängig sind, oder<br />
anhand detaillierter Achslastdaten, sofern sie bekannt sind, ermittelt werden. Sie wird für den<br />
Fahrstreifen mit der höchsten Verkehrsbelastung durch Schwerverkehr unter Berücksichtigung<br />
der Anzahl der Fahrstreifen im Querschnitt, der Breite des Fahrstreifens und der größten<br />
Längsneigung berechnet.<br />
Im Regelfall liegen für die Berechnung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B<br />
die DTV (SV) -Werte vor. Dann erfolgt die Ermittlung von B nach der Methode 1: Bestimmung<br />
der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B aus DTV (SV) -Werten<br />
B = 365 ⋅ q<br />
N<br />
(SV)<br />
Bm<br />
⋅∑[DTA<br />
i− 1<br />
⋅ f1i<br />
⋅ f2i<br />
⋅(1+<br />
pi<br />
)]<br />
i=<br />
1<br />
mit: DTA (SV) = DTV (SV) ⋅ f A<br />
Darin bedeuten:<br />
B = Äquivalente 10-t-Achsübergänge im zugrunde gelegten Nutzungszeitraum<br />
q Bm<br />
= Einer bestimmten Straßenklasse zugeordneter mittlerer Lastkollektivquotient<br />
(Abbildung 3.3), der die straßenklassenspezifische mittlere Beanspruchung<br />
der jeweiligen tatsächlichen Achsübergänge ausdrückt (Quotient aus der<br />
- SB 3-3 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Summe der äquivalenten 10-t-Achsübergänge und der Summe der tatsächlichen<br />
Achsübergänge des Schwerverkehrs für einen festgelegten Zeitraum in<br />
einem Fahrstreifen)<br />
f 3 = Steigungsfaktor (Abbildung 3.4)<br />
f 2i = Fahrstreifenbreitenfaktor im Nutzungsjahr i (Abbildung 3.5)<br />
f 1i = Fahrstreifenfaktor im Nutzungsjahr i (Abbildung 3.6)<br />
DTA −<br />
= Durchschnittliche Anzahl der täglichen Achsübergänge (Aü) des Schwerver-<br />
(SV )<br />
i 1<br />
kehrs im Nutzungsjahr i-1 [Aü/24h]<br />
(SV )<br />
DTVi<br />
− 1<br />
= Durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke des Schwerverkehrs im Nutzungsjahr<br />
i-1 [Fz/24h]<br />
f Ai-1<br />
p i<br />
N<br />
= Durchschnittliche Achszahl pro Fahrzeug des Schwerverkehrs (Achszahlfaktor)<br />
im Nutzungsjahr i-1 [A/Fz] (Abbildung 3.7)<br />
= Mittlere jährliche Zunahme des Schwerverkehrs im Nutzungsjahr i<br />
(Abbildung 3.8)<br />
= Anzahl der Jahre des zugrunde gelegten Nutzungszeitraumes; in der Regel<br />
30 Jahre<br />
Straßenklasse<br />
Bundesautobahnen<br />
oder kommunale Straßen mit SV-Anteil > 6%<br />
Bundesstraßen<br />
oder kommunale Straßen mit SV-Anteil > 3% und ≤ 6%<br />
Landes- und Kreisstraßen<br />
oder kommunale Straßen mit SV-Anteil ≤ 3%<br />
Quotient q Bm<br />
0,33<br />
0,25<br />
0,23<br />
Abbildung 3.3<br />
Lastkollektivquotient q Bm (RStO)<br />
- SB 3-4 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Höchstlängsneigung [%] Faktor f 3<br />
unter 2 1,00<br />
2 bis unter 4 1,02<br />
4 bis unter 5 1,05<br />
5 bis unter 6 1,09<br />
6 bis unter 7 1,14<br />
7 bis unter 8 1,20<br />
8 bis unter 9 1,27<br />
9 bis unter 10 1,35<br />
10 und mehr 1,45<br />
Abbildung 3.4<br />
Steigungsfaktor f 3 (RStO)<br />
Fahrstreifenbreite [m] Faktor f 2<br />
unter 2,50 2,00<br />
2,50 bis unter 2,75 1,80<br />
2,75 bis unter 3,25 1,40<br />
3,25 bis unter 3,75 1,10<br />
3,75 und mehr 1,00<br />
Abbildung 3.5<br />
Fahrstreifenbreitenfaktor f 2 (RStO)<br />
Zahl der Fahrstreifen<br />
im Querschnitt oder<br />
Fahrtrichtung<br />
Faktor f 1 bei Erfassung des DTV<br />
in beiden Fahrt- für jede Fahrtrichtungen<br />
richtung getrennt<br />
1 - 1,00<br />
2 0,50 0,90<br />
3 0,50 0,80<br />
4 0,45 0,80<br />
5 0,45 0,80<br />
6 und mehr 0,40 0,80<br />
Abbildung 3.6<br />
Fahrstreifenfaktor f 1 zur Ermittlung des DTV (SV) (RStO)<br />
- SB 3-5 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Straßenklasse<br />
Bundesautobahnen<br />
oder kommunale Straßen mit SV-Anteil > 6%<br />
Bundesstraßen<br />
oder kommunale Straßen mit SV-Anteil > 3% und ≤ 6%<br />
Landes- und Kreisstraßen<br />
oder kommunale Straßen mit SV-Anteil ≤ 3%<br />
Faktor f A<br />
4,5<br />
4,0<br />
3,3<br />
Abbildung 3.7<br />
Achszahlfaktor f A (RStO)<br />
Straßenklasse<br />
p<br />
Bundesautobahnen 0,03<br />
Bundesstraßen 0,02<br />
Landes- und Kreisstraßen 0,01<br />
*) Bei der Ermittlung der Verkehrsbelastung des zu dimensionierenden<br />
Fahrstreifens ist dessen Kapazität zu beachten.<br />
Abbildung 3.8<br />
Mittlere jährliche Zunahme des Schwerverkehrs p (RStO)<br />
Der Ges<strong>am</strong>tzeitraum kann in Teilbetrachtungszeiträume mit jeweils konstanten Werten für f 1 ,<br />
f 2 , f 3 , f A , q Bm und f Z unterteilt werden. Die Berechnung vereinfacht sich dann je Teilbetrachtungszeitraum<br />
zu:<br />
B = N ⋅ DTA<br />
(SV )<br />
⋅ q<br />
Bm<br />
⋅ f<br />
1<br />
⋅ f<br />
2<br />
⋅ f<br />
3<br />
⋅ f<br />
Z<br />
⋅ 365<br />
mit:<br />
f Z<br />
mittlerer jährlicher Zuwachsfaktor des Schwerverkehrs, wobei<br />
f<br />
Z<br />
N<br />
(1+<br />
p) − 1<br />
=<br />
p ⋅N<br />
wenn im ersten Jahr des Betrachtungszeitraumes keine Zunahme des Schwerverkehrs<br />
angesetzt wird (p 1 = 0), oder<br />
f<br />
N<br />
(1+<br />
p) − 1<br />
= ⋅ (1<br />
p ⋅N<br />
Z<br />
+<br />
p)<br />
wenn auch im ersten Jahr des Betrachtungszeitraumes eine Zunahme des Schwerverkehrs<br />
zu berücksichtigen ist (p 1 > 0). (Abbildung 3.9)<br />
- SB 3-6 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Mittlere jährliche Zunahme des Schwerverkehrs p<br />
N [a]<br />
0,01 0,02 0,03<br />
5 1,020 1,041 1,062<br />
10 1,046 1,095 1,146<br />
15 1,073 1,153 1,240<br />
20 1,101 1,215 1,344<br />
25 1,130 1,281 1,458<br />
30 1,159 1,352 1,586<br />
Abbildung 3.9<br />
Mittlerer jährlicher Zuwachsfaktor des Schwerverkehrs f z (RStO)<br />
Wenn detaillierte Achslastdaten vorliegen, wird die dimensionierungsrelevante Beanspruchung<br />
B ermittelt nach der Methode 2: Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung<br />
B bei konstanten Faktoren<br />
N<br />
∑<br />
B = 365 ⋅ f3 ⋅ [EDTA f f (1 pi<br />
)]<br />
mit:<br />
i=<br />
1<br />
(SV)<br />
i− 1<br />
⋅<br />
1i<br />
⋅<br />
2i<br />
⋅ +<br />
EDTA<br />
(SV )<br />
i−1<br />
∑<br />
⎢ ⎢ ⎡<br />
DTA<br />
⎣<br />
(SV )<br />
=<br />
(i−1)k<br />
k<br />
⎛ L<br />
⋅<br />
⎜<br />
⎝ L<br />
k<br />
0<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
4<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎥<br />
⎦<br />
wobei:<br />
B = Äquivalente 10-t-Achsübergänge im zugrunde gelegten Nutzungszeitraum<br />
N = Anzahl der Jahre des zugrunde gelegten Nutzungszeitraumes, in der Regel<br />
30 Jahre<br />
EDTA −<br />
= durchschnittliche Anzahl der täglichen äquivalenten Achsübergänge des<br />
(SV )<br />
i 1<br />
(SV )<br />
i 1<br />
Schwerverkehrs im Nutzungsjahr i-1<br />
DTA −<br />
= durchschnittliche Anzahl der täglichen Achsübergänge (Aü) des Schwerverkehrs<br />
im Nutzungsjahr i-1 [Aü/24h]<br />
k = Lastklasse, als Gruppe von Einzelachslasten definiert<br />
L k = mittlere Achslast in der Lastklasse k<br />
L 0 = Bezugsachslast: 10 t-Achse<br />
f 3 = Steigungsfaktor (Abbildung 3.4)<br />
f 2i = Fahrstreifenbreitenfaktor im Nutzungsjahr i (Abbildung 3.5)<br />
f 1i = Fahrstreifenfaktor im Nutzungsjahr i (Abbildung 3.6)<br />
- SB 3-7 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
p i = mittlere jährliche Zunahme des Schwerverkehrs im Nutzungsjahr i<br />
(Abbildung 3.8); für das erste Jahr wird p i = 0 angesetzt.<br />
Auch hier gilt bei konstanten Werten für f 1 , f 2 , f 3 und f Z in einem Teilbetrachtungszeitraum<br />
vereinfacht:<br />
B = N⋅EDTA<br />
(SV)<br />
⋅ f ⋅ f<br />
1<br />
2<br />
⋅ f<br />
3<br />
⋅ f<br />
z<br />
⋅365<br />
Wird im ersten Jahr des Betrachtungszeitraumes keine Zunahme des Schwerverkehrs angesetzt<br />
(p 1 = 0), dann gilt mit p > 0 in den Folgejahren:<br />
f<br />
z<br />
N<br />
( 1+<br />
p) −1<br />
=<br />
p ⋅N<br />
Wenn auch im ersten Jahr des Betrachtungszeitraumes eine Zunahme des Schwerverkehrs<br />
zu berücksichtigen ist, dann gilt:<br />
N<br />
( 1+<br />
p) −1<br />
fz = ⋅(<br />
1+<br />
p)<br />
p ⋅N<br />
mit:<br />
p = mittlere jährliche Zunahme des Schwerverkehrs (Abbildung 3.8)<br />
f z = mittlerer jährlicher Zuwachsfaktor des Schwerverkehrs (Abbildung 3.9)<br />
Über die so ermittelte dimensionierungsrelevante Beanspruchung B erfolgt die Einteilung der<br />
Belastungsklassen gemäß Abbildung 3.10.<br />
Dimensionierungsrelevante Beanspruchung B<br />
Äquivalente 10 t-Achsübergänge in Mio.<br />
Belastungsklasse<br />
über 32 1) Bk100<br />
über 10 bis 32 Bk32<br />
über 3,2 bis 10 Bk10<br />
über 1,8 bis 3,2 Bk3,2<br />
über 1,0 bis 1,8 Bk1,8<br />
über 0,3 bis 1,0 Bk1,0<br />
bis 0,3 Bk0,3<br />
1)<br />
Bei einer dimensionierungsrelevanten Beanspruchung größer 100 Mio.<br />
sollte der Oberbau mit Hilfe der RDO dimensioniert werden.<br />
Abbildung 3.10<br />
Dimensionierungsrelevante Beanspruchung und zugeordnete<br />
Belastungsklasse (RStO)<br />
- SB 3-8 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Wenn sich für Verkehrsflächen die dimensionierungsrelevante Beanspruchung B nicht ermitteln<br />
lässt, z.B. innerhalb geschlossener Ortslage, dann können den Straßenarten die Belastungsklassen<br />
gemäß Abbildung 3.11 zugeordnet werden.<br />
Typische Entwurfssituation Straßenkategorie Belastungsklasse<br />
Anbaufreie Straße VS II, VS III Bk10 bis Bk100<br />
Verbindungsstraße HS III, HS IV Bk3,2 / Bk10<br />
Industriestraße HS IV, ES IV, ES V Bk3,2 bis Bk100<br />
Gewerbestraße HS IV, ES IV, ES V Bk1,8 bis Bk100<br />
Hauptgeschäftsstraße HS IV, ES IV Bk1,8 bis Bk10<br />
Örtliche Geschäftsstraße HS IV, ES IV Bk1,8 bis Bk10<br />
Örtliche Einfahrtsstraße HS III, HS IV Bk3,2 / Bk10<br />
Dörfliche Hauptstraße HS IV, ES IV Bk1,0 bis Bk3,2<br />
Quartiersstraße HS IV, ES IV Bk1,0 bis Bk3,2<br />
S<strong>am</strong>melstraße ES IV Bk1,0 bis Bk3,2<br />
Wohnstraße ES V Bk0,3 / Bk1,0<br />
Wohnweg ES V Bk0,3<br />
Abbildung 3.11<br />
Mögliche Belastungsklassen für die typischen Entwurfssituationen<br />
nach den RASt (RStO)<br />
Analog gilt dies auch für andere Verkehrsflächen wie Busverkehrsflächen (Abbildung 3.12),<br />
Neben- und Rastanlagen (Abbildung 3.13) und Abstellflächen (Abbildung 3.14).<br />
über 1400 Busse / Tag<br />
Verkehrsbelastung<br />
Belastungsklasse<br />
Bk100<br />
1)<br />
über 425 Busse / Tag bis 1400 Busse / Tag Bk32<br />
über 130 Busse / Tag bis 425 Busse / Tag Bk10<br />
über 65 Busse / Tag bis 130 Busse / Tag Bk3,2<br />
bis 65 Busse / Tag Bk1,8 1 )<br />
Wenn die Verkehrsbelastung weniger als 15 Busse/Tag beträgt, kann eine niedrigere Belastungsklasse<br />
gewählt werden.<br />
Abbildung 3.12<br />
Belastung von Busverkehrsflächen und zugeordnete Belastungsklasse<br />
(RStO)<br />
- SB 3-9 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Verkehrsart<br />
Belastungsklasse<br />
Schwerverkehr<br />
Pkw-Verkehr einschließlich geringem Schwerverkehrsanteil<br />
Bk3,2 bis Bk10<br />
Bk0,3 bis Bk1,8<br />
Abbildung 3.13<br />
Verkehrsfläche in Neben- und Rastanlagen und zugeordnete Belastungsklasse<br />
(RStO)<br />
Verkehrsart<br />
Belastungsklasse<br />
Schwerverkehr<br />
Bk3,2 bis Bk10<br />
Nicht ständig von Schwerverkehr genutzte Flächen<br />
Pkw-Verkehr<br />
(Befahren durch Fahrzeuge des<br />
Unterhaltungsdienstes möglich)<br />
Bk1,0/ Bk1,8<br />
Bk0,3<br />
Abbildung 3.14<br />
Abstellfläche und zugeordnete Belastungsklasse (RStO)<br />
Außerdem ist zu beachten, ob die Verkehrsfläche besonderen Beanspruchungen unterliegt,<br />
wie z.B. bei spurfahrendem und enger Kurvenfahrt bei langs<strong>am</strong> fahrendem Verkehr, bei häufigen<br />
Brems- und Beschleunigungsvorgängen, in Kreuzungs- und Einmündungsbereichen<br />
oder bei Stellflächen. Hier ist zu prüfen, ob die besonderen Beanspruchungen bei der Wahl<br />
der Bauweise und Baustoffe, deren Zus<strong>am</strong>mensetzung und bei der Herstellung einzelner<br />
Schichten des Oberbaus berücksichtigt werden müssen. Dies kann auch durch die Verstärkung<br />
der Asphaltbinderschicht oder durch Anordnung einer Asphaltbinderschicht erfolgen.<br />
- SB 3-10 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
3.2 Frostsicherer Oberbau<br />
Für den frostsicheren Straßenaufbau ist eine Mindestdicke erforderlich, die sicherstellen soll,<br />
dass während der Frost- und Auftauperiode keine schädlichen Verformungen entstehen.<br />
Dies wird verhindert, indem die Mindestdicke größer als die Frosteindringtiefe in den Boden<br />
gewählt wird. Die Mindestdicke des frostsicheren Oberbaus ergibt sich aus der Mindestdicke<br />
des frostsicheren Straßenaufbaues, gegebenenfalls unter Anrechnung einer nach<br />
ZTV E-StB verfestigten oberen Zone eines frostempfindlichen Untergrundes bzw. Unterbaues<br />
bis zu einer Dicke von 20 cm. Diese Mindestdicke des frostsicheren Straßenaufbaues<br />
kann unter Berücksichtigung der Frostempfindlichkeit des Untergrundes/Unterbaues und der<br />
zu ermittelnden Mehr- oder Minderdicken nach RStO berechnet werden.<br />
Die Frostempfindlichkeit des Bodens ergibt sich aus seiner Klassifikation nach den ZTV E-<br />
StB. Für die nach dieser Klassifikation in die Frostempfindlichkeitsklassen F2 und F3 einzustufenden<br />
Böden gelten in Abhängigkeit von der Belastungsklasse die Ausgangswerte für<br />
die Bestimmung der Mindestdicke des frostsicheren Straßenaufbaues gemäß Abbildung<br />
3.15.<br />
Frostempfindlich-<br />
Dicke in cm bei Belastungsklasse<br />
keitsklasse<br />
Bk100 bis Bk10 Bk3,2 bis Bk1,0 Bk0,3<br />
F2 55 50 40<br />
F3 65 60 50<br />
Abbildung 3.15<br />
Ausgangswerte für die Bestimmung der Mindestdicke des frostsicheren<br />
Straßenaufbaues (RStO)<br />
Mehr- oder Minderdicken des frostsicheren Aufbaus können sich aus der Frosteinwirkung,<br />
kleinräumigen Klimaunterschieden, den Wasserverhältnissen im Untergrund, der Lage der<br />
Gradiente und der Trasse sowie der Ausführung der Randbereiche bzw. der Entwässerung<br />
der Fahrbahn ergeben (Abbildung 3.16).<br />
Mehr- oder Minderdicke = A+B+C+D+E<br />
- SB 3-11 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Örtliche Verhältnisse A B C D E<br />
Frosteinwirkung<br />
Zone I<br />
Zone II<br />
Zone III<br />
± 0 cm<br />
+ 5 cm<br />
+ 15 cm<br />
Kleinräumige<br />
Klimaunterschiede<br />
ungünstige Klimaeinflüsse<br />
z.B. durch Nordhang oder in<br />
K<strong>am</strong>mlagen von Gebirgen<br />
keine besonderen Klimaeinflüsse<br />
günstige Klimaeinflüsse bei geschlossener<br />
seitlicher Bebauung<br />
entlang der Straße<br />
+ 5 cm<br />
± 0 cm<br />
- 5 cm<br />
Wasserverhältnisse<br />
im<br />
Untergrund<br />
kein Grund- und Schichtenwasser<br />
bis in eine Tiefe von 1,5 m<br />
unter Planum<br />
Grund- oder Schichtenwasser<br />
dauernd oder zeitweise höher als<br />
1,5 m unter Planum<br />
± 0 cm<br />
+ 5 cm<br />
Lage der<br />
Gradiente<br />
Einschnitt, Anschnitt<br />
Geländehöhe bis D<strong>am</strong>m ≤ 2,0 m<br />
D<strong>am</strong>m > 2,0 m<br />
+ 5 cm<br />
± 0 cm<br />
- 5 cm<br />
Entwässerung<br />
der Fahrbahn<br />
/ Ausführung<br />
der Randbereiche<br />
Entwässerung der Fahrbahn über<br />
Mulden, Gräben bzw. Böschungen<br />
Entwässerung der Fahrbahn und<br />
Randbereiche über Rinnen bzw.<br />
Abläufe und Rohrleitungen<br />
± 0 cm<br />
- 5 cm<br />
Abbildung 3.16<br />
Mehr- oder Minderdicken infolge örtlicher Verhältnisse (RStO)<br />
Die Grenzen zwischen den Frosteinwirkzonen (Abbildung 2.7) bieten nur einen groben Anhalt.<br />
Örtliche Besonderheiten wie z.B. tief eingeschnittene Täler oder schmale Höhenzüge<br />
sind bei der Bemessung der Dicke des frostsicheren Oberbaus im Einzelfall zu berücksichtigen.<br />
Hilfreich sind auch örtliche Erfahrungen im Bezug auf die Frosteinwirkung.<br />
Wenn der Untergrund bzw. Unterbau unmittelbar unter dem Oberbau aus frostunempfindlichem<br />
Boden der Klasse F1 besteht, dann kann die Frostschutzschicht entfallen. Dies setzt<br />
voraus, dass der F1-Boden die Anforderungen an Frostschutzschichten erfüllt und mindes-<br />
- SB 3-12 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
tens die Dicke aufweist, die für die Frostschutzschicht auf einem Boden der Frostempfindlichkeitsklasse<br />
F2 oder F3 erforderlich ist.<br />
3.3 Bauweisen und Schichtdicken<br />
Nachdem die Belastungsklasse und die Dicke des frostsicheren Oberbaus festgelegt wurden,<br />
kann anhand von Tafeln die Bauweise ermittelt werden. Diese Tafeln sind in den RStO<br />
für Bauweisen mit Asphaltdecken (Abbildung 3.17), mit Betondecken (Abbildung 3.18) und<br />
mit Pflasterdecken (Abbildung 3.19) sowie für Bauweisen mit vollgebundenem Oberbau<br />
(Abbildung 3.20), jeweils für Fahrbahnen auf F2- und F3-Untergrund/Unterbau zu finden. Für<br />
F1-Böden gilt die Tafel in Abbildung 3.21.<br />
Die Dicken des frostsicheren Oberbaus sind in den Tafeln in 10-cm-Schritten angegeben.<br />
Ergibt sich nach Abschnitt 3.2 eine andere Dicke des frostsicheren Oberbaus, dann ist diese<br />
Dicke maßgebend.<br />
Um die erforderlichen Verformungsmoduln auf der Frostschutzschicht zu erreichen, muss<br />
diese mindestens die in den Abbildung 3.17 bis Abbildung 3.19 angegebene Dicke nach<br />
RStO aufweisen. Ist keine Dicke der Frostschutzschicht angegeben, dann werden die erforderlichen<br />
Verformungsmoduln voraussichtlich nicht erreicht. In diesen Fällen muss entweder<br />
die Dicke des frostsicheren Oberbaus erhöht oder eine andere Bauweise gewählt werden.<br />
- SB 3-13 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 3.17 Bauweisen mit Asphaltdecke für Fahrbahnen auf F2- und F3-<br />
Untergrund/Unterbau (Tafel 1 der RStO)<br />
- SB 3-14 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 3.18 Bauweisen mit Betondecke für Fahrbahnen auf F2- und F3-<br />
Untergrund/Unterbau (Tafel 2 der RStO)<br />
- SB 3-15 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 3.19 Bauweisen mit Pflasterdecke für Fahrbahnen auf F2- und F3-<br />
Untergrund/Unterbau (Tafel 3 der RStO)<br />
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Eisenbahnwesen<br />
26<br />
25<br />
51 48<br />
Abbildung 3.20 Bauweisen mit vollgebundenem Oberbau für Fahrbahnen auf F2-<br />
und F3-Untergrund/Unterbau (RStO)<br />
Wahl und Dicke der restlichen Schichten<br />
des Oberbaus wie ab Oberkante<br />
Frostschutzschicht nach:<br />
Tafel 1, Zeilen 1, 2.1, 3 und 4<br />
Tafel 2, Zeilen 1.1, 2, 3.2 und 4<br />
Tafel 3, Zeilen 1, 2 und 4 bis 7<br />
Wahl und Dicke der Schichten mit Bindemittel<br />
nach:<br />
Tafel 1, Zeilen 2.2 und 2.3<br />
Tafel 2, Zeilen 1.2 und 1.3<br />
Abbildung 3.21<br />
Bauweisen auf einem F1-Boden (RStO)<br />
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Die Anforderungen an die Asphaltdecken sind in den ZTV Asphalt-StB festgelegt. Die darin<br />
enthaltenen Vorgaben sind zu beachten, wenn planmäßig von den Schichtdicken des standardisierten<br />
Oberbaus abgewichen wird. Eine Mehr- oder Minderdicke ist in der Regel in der<br />
unmittelbar darunter liegenden Schicht auszugleichen.<br />
Angaben zu den Anforderungen an Betondecken finden sich in den ZTV Beton-StB, für<br />
Pflasterdecken gelten die ZTV P-StB.<br />
Beim vollgebundenen Oberbau wird anstelle der Frostschutzschicht eine verstärkte Asphalttragschicht<br />
oder hydraulisch gebundene Tragschicht eingebaut. Durch die größere Dicke der<br />
gebundenen Tragschicht sollen die Spannungen im Boden so gering bleiben, dass trotz der<br />
verminderten Tragfähigkeit des Bodens bei Frostaufgang keine schädlichen Verformungen<br />
im Boden oder an der Fahrbahnoberfläche auftreten. Die Frostschutzschicht wird entweder<br />
voll ersetzt oder bei sehr frostempfindlichen Böden auf das für die Entwässerung notwendige<br />
Maß reduziert. Bei der Bauweise mit einer verstärkten oder Asphalttragschicht anstatt einer<br />
Frostschutzschicht spricht man vom vollgebundenen Asphaltoberbau. Die Asphalttragschicht<br />
hat bei allen Belastungsklassen eine zusätzliche Dicke von 12 cm.<br />
3.4 Funktionen und Funktionsweisen der Schichten<br />
Die Schichten des Straßenoberbaus haben die Aufgabe, sowohl die Belastung durch vertikale<br />
Radlasten, die aus der Geschwindigkeit, der Federung der Fahrzeuge, Unebenheiten der<br />
Straße etc. resultieren, als auch die Belastungen durch horizontale Schubspannungen aus<br />
Beschleunigungs- und Bremsvorgängen, Seitenbeschleunigung in engen Radien etc. schadlos<br />
in den Untergrund abzuleiten. Diese Belastungen werden mit zunehmender Tiefe geringer,<br />
so dass die obersten Schichten qualitativ hochwertiger sein müssen als die unteren.<br />
Daraus leiten sich die unterschiedlichen Anforderungen an die Baustoffe, die Herstellung der<br />
Baustoffgemische und den Einbau der Schichten ab. Zudem müssen die verschiedenen<br />
Schichten des Oberbaus den an sie gestellten Anforderungen gerecht werden (Abbildung<br />
3.22).<br />
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Abbildung 3.22<br />
Schichten des Oberbaus und ihre Funktionen bzw. Anforderungen<br />
Somit ergeben sich für die Schichten des Oberbaus die folgenden Funktionen:<br />
Die Deckschicht ist für höchste Beanspruchungen des Verkehrs ausgelegt und muss eine<br />
ausreichende Verkehrssicherheit durch Griffigkeit, Helligkeit und Ebenheit gewährleisten<br />
sowie durch entsprechende Rezepturen wasserundurchlässig und verschleißfest ausgebildet<br />
werden.<br />
Die Binderschicht, die nur bei Asphaltbauweisen vorkommt, stellt den Übergang von der<br />
feinkörnigen Deckschicht zur grobkörnigen Asphalttragschicht her. Durch ihren Einbau soll<br />
eine Zone besonders guter Schubspannungsaufnahme entstehen und es sollen durch sie<br />
die Unebenheiten der 1. Tragschicht ausgeglichen werden. Bei geringen Beanspruchungen<br />
der Straße kann auch die darunter liegende Asphaltschicht die Funktion der Binderschicht<br />
übernehmen.<br />
Die Tragschichten haben die Funktion, die durch die Decke nicht ausreichend abgebauten<br />
vertikalen und horizontalen Beanspruchungen durch Verkehr – auch Biegezugbeanspruchungen<br />
an der Unterseite – soweit abzumindern, dass das Planum durch die Spannungen<br />
nicht mehr unzulässig belastet und verformt wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die<br />
Tragfähigkeit des Bodens aufgrund des Wassergehaltes mit der Jahreszeit wechselt. Die<br />
Tragschichten selbst dürfen sich zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Tragfähigkeit<br />
der Straßenkonstruktion nicht unzulässig verformen, wobei vor allem plastische Verformungen<br />
zu begrenzen sind. Mit den unteren (ungebundenen) Tragschichten wird ein Ausgleich<br />
der unterschiedlichen Tragfähigkeit des Untergrundes/Unterbaues erreicht. Sie werden entsprechend<br />
der Frostempfindlichkeit des Bodens, den Wasserverhältnissen und der Frostin-<br />
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tensität ausgebildet. Die oberen Tragschichten werden dagegen nach den Verkehrsbelastungen<br />
dimensioniert, werden also mit steigender Verkehrsbelastung dicker und qualitativ<br />
hochwertiger ausgebildet.<br />
Neben den verschiedenen Schichten werden auch die Bauweisen unterschieden. Daraus<br />
ergibt sich folgende Unterteilung der Schichten mit dem jeweils maßgebenden Regelwerk:<br />
- Schichten ohne Bindemittel (ZTV SoB-StB)<br />
- Bitumengebundene Schichten<br />
- Asphalttragschichten (ZTV T-StB)<br />
- Asphaltdeck-, Asphaltbinderschichten (ZTV Asphalt-StB)<br />
- Hydraulisch gebundene Schichten<br />
- Hydraulisch gebundene Tragschicht (ZTV T-StB)<br />
- Betondecken, Betontragschichten (ZTV Beton-StB)<br />
Die Funktionsweisen der Schichten sind in Abhängigkeit von den verschiedenen Bauweisen<br />
sehr unterschiedlich. Bedingt durch die verschiedenen Arten, die auftretenden Spannungen<br />
in den Schichten des Oberbaus abzuleiten, können die Schichten als Deck-, Binder- oder<br />
Tragschicht zum Einsatz kommen. Entscheidend dafür ist die Spannungsverteilung in den<br />
Schichten, die näherungsweise wie in einem elastisch-isotropen Halbraum anzunehmen ist.<br />
Für eine kreisförmige Gleichlast von Q = 50 kN und eine Spannung von 0,7 MN/m² in der<br />
Achslast ist sie in Abbildung 3.23 dargestellt. Die Steifigkeit wird durch einen Verformungsmodul<br />
gleicher Größe ersetzt. Vor allem die oberen Bereiche sind hohen Normal- und<br />
Schubspannungen ausgesetzt.<br />
Abbildung 3.23 Spannungsverlauf in der Belastungsachse (Velske 2009)<br />
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Schichten ohne Bindemittel (SoB) werden nur als Tragschichten verwendet. Die Verteilung<br />
der Kraft erfolgt allein durch die Verspannungen des Korngerüstes, die eine innere Reibung<br />
bewirken. Diese Verspannungen werden durch das Verdichten beim Einbau erzeugt und die<br />
innere Reibung sukzessiv erhöht. D<strong>am</strong>it Reibung entsteht, sind geringfügige Verschiebungen<br />
der Körner gegeneinander erforderlich. Durch eine gute Verdichtung und die geeignete<br />
Zus<strong>am</strong>mensetzung der Gesteinskörnungen soll ein möglichst großer Reibungswinkel erreicht<br />
werden und die Verschiebungsmöglichkeiten sollen möglichst klein sein. Da keine Kohäsion<br />
zwischen den einzelnen Körnern besteht, können nur geringe Zugspannungen aufgenommen<br />
werden. Somit werden die ungebundenen Schichten dort eingesetzt, wo der<br />
Spannungsabbau im Druckbereich erfolgt, also bei überwiegend vertikaler Belastung unter<br />
gebundenen Schichten.<br />
Bitumengebundene Schichten können als Trag-, Binder- und Deckschichten zum Einsatz<br />
kommen. Sie haben sehr gute Eigenschaften, wenn die Gesteinskörnungen anforderungsgerecht<br />
ausgewählt werden, ihre Sieblinie gut abgestuft ist und die Bindemittelsorte sowie der<br />
Bindemittelgehalt den gestellten Bedingungen gerecht werden. Die richtige Zus<strong>am</strong>mensetzung<br />
des Baustoffgemisches ist von entscheidender Bedeutung für die Eigenschaften des<br />
Asphaltes. Die Spannungsverteilung erfolgt wie bei den ungebundenen Schichten über die<br />
Reibung im Korngerüst. Ein Abtrag von Zugspannungen über das Bindemittel ist zwar möglich,<br />
jedoch abhängig von der Temperatur.<br />
Bei den hydraulisch gebundenen Schichten sind zu unterscheiden:<br />
Hydraulisch gebundene Tragschichten (HGT)<br />
Hydraulisch gebundene Tragschichten werden fallweise mit oder ohne Kerben hergestellt.<br />
Beim Einsatz ohne Kerben wird Material mit geringer und langs<strong>am</strong>er Festigkeitsentwicklung<br />
verwendet, das bei Temperaturabfall, Schwinden und unter Verkehrslast in kleine, durch<br />
zahlreiche Haarrisse getrennte Schollen reißt, die teilweise noch verzahnt sind. Dadurch<br />
geht zwar die Plattenwirkung stark zurück, aber aufgrund der Wirks<strong>am</strong>keit des hydraulischen<br />
Bindemittels hat die HGT immer noch eine bessere Tragfähigkeit als ungebundenes Material.<br />
Die Bewegungen in den Rissen bleiben bei den auftretenden kleinen Schollenlängen so<br />
gering, dass eine darüber liegende Asphaltdecke sie ausgleichen kann, wenn sie mindestens<br />
14 cm dick ist. Wenn die HGT zu fest wird und somit wenige, breite Risse auftreten,<br />
dann besteht die Gefahr von Rissbildung in der darüber liegenden Asphaltschicht. Daher ist<br />
in den ZTV T-StB nicht nur eine Mindest-, sondern auch eine maximale Festigkeit festgelegt.<br />
Bei Druckfestigkeiten über 9 N/mm², bei Schichten aus Asphalt mit einer Ges<strong>am</strong>teinbaudicke<br />
von 14 cm und weniger sowie bei einer Dicke der HGT von mehr als 20 cm müssen in die<br />
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HGT Kerben in Querrichtung eingeschnitten werden. Auch unter Fahrbahndecken aus Beton<br />
muss die HGT Kerben in Querrichtung erhalten, wenn sie direkte Unterlage ist.<br />
Betontragschichten und Betondecken<br />
Bei der Herstellung von Betontragschichten ist es erforderlich, in Abständen von höchstens 5<br />
m Querfugen auszubilden. Die daraus resultierende Plattenwirkung der 15 bis 20 cm dicken<br />
Schicht bestimmt das ges<strong>am</strong>te Verhalten des Oberbaus. Da Betontragschichten sehr teuer<br />
sind, wird ihr Einsatz nur bei sehr starkem oder Sonder-Verkehr wirtschaftlich. Bei Betontragschichten<br />
unter Betondecken müssen die Fugen mit denen in der Betondecke übereinstimmen.<br />
Wird eine Asphaltdecke auf einer Betontragschicht vorgesehen, dann sind besondere<br />
Maßnahmen zur Vermeidung wilder Rissbildung in der Decke vorzusehen, z.B. die Anordnung<br />
von Fugen in der Deckschicht über den Fugen der Betontragschicht. Bei Pflasterdecken<br />
entstehen solche Probleme nicht.<br />
Betondecken haben wegen ihrer Plattenwirkung eine sehr gute, von der Temperatur unabhängige<br />
Lastverteilung. Die Decken aus Beton werden so gestaltet, dass der Beton ohne<br />
Bewehrung unter den Verkehrslast- und Temperaturspannungen keinen Schaden erleidet<br />
und die Auflagerspannungen so weit verringert werden, dass die Oberfläche der Unterlage<br />
nicht überlastet wird. Wegen der hohen Festigkeit des Betons entstehen keine Spurrinnen,<br />
Querrillen oder Verdrückungen in der Betondecke, die daher eine lange Nutzungsdauer aufweist.<br />
Aufgrund dieser Eigenschaften werden die Betondecken den Anforderungen bei hohen<br />
Verkehrsbelastungen <strong>am</strong> besten gerecht. Durch den hohen Herstellungsaufwand, die<br />
aufwändige Fugenpflege, die aufwändigen Reparaturen bei auftretenden Mängeln und die<br />
hohen Kosten bei einer erforderlichen Erneuerung lohnt sich der Einsatz von Betondecken<br />
nur bei sehr starken Verkehrsbelastungen, insbesondere bei Autobahnen (Belastungsklasse<br />
100).<br />
Gemäß der beschriebenen Funktionsweisen wird für den Straßenoberbau zwischen starren<br />
Bauweisen, also Beton, und flexiblen Bauweisen wie Asphalt und quasi-flexibel Pflaster, unterschieden.<br />
Da die Asphaltbauweise die <strong>am</strong> häufigsten angewendete Bauweise ist, wird<br />
diese im Folgenden näher beschrieben.<br />
3.5 Verständnisfragen<br />
‣ Skizziere beispielhaft den Aufbau einer Befestigung außerhalb und innerhalb einer<br />
geschlossenen Ortslage.<br />
‣ Was versteht man unter einer Erneuerung? Welche Erneuerungsarten werden unterschieden?<br />
- SB 3-22 -
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Eisenbahnwesen<br />
‣ Welche Faktoren spielen bei der Berechnung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung<br />
B eine Rolle?<br />
‣ Welche Aufgabe hat der frostsichere Straßenaufbau, wie wird er bestimmt?<br />
‣ Nenne die Funktionen der Schichten des Oberbaus.<br />
- SB 3-23 -
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4 Asphaltbauweise<br />
Eine Asphaltkonstruktion besteht aus der Asphalttrag-, der Binder- und der Deckschicht,<br />
wobei die beiden letzteren die eigentliche Asphaltdecke ergeben. Diese verschiedenen<br />
Schichten müssen den Anforderungen entsprechende Eigenschaften haben. Die Anforderungen<br />
an die Fahrbahndecken aus Asphalt sind in den ZTV Asphalt-StB geregelt. Für die<br />
Wahl der Dicke und Anordnung der Schichten der Decke sind die RStO maßgebend. Asphalt<br />
ist ein Baustoffgemisch aus Gesteinskörnungen, Füller, Bitumen und ggf. Zusatzstoffen. Die<br />
Wahl der Mischgutarten und Mischgutsorten, Baustoffgemische und Baustoffe ist abhängig<br />
von den Belastungsklassen sowie von der Art der Beanspruchung (normale oder besondere)<br />
entsprechend den RStO.<br />
4.1 Ausgangsstoff Bitumen<br />
In den 50er und 60er Jahren wurden Straßenbaubitumen und Teer sowie Gemische aus<br />
beiden unter der Bezeichnung Teerbitumen oder Bitumenteere als Bindemittel eingesetzt.<br />
Heute wird nach Straßenbaubitumen und Straßenpech sowie nach bitumen- und pechhaltigen<br />
Bindemitteln unterschieden, wobei Pech gleichbedeutend mit Teer ist. Diese Unterscheidung<br />
ist insofern von Bedeutung, als Straßenpeche nach der Gefahrstoffverordnung als<br />
krebserzeugende Stoffe eingestuft und gekennzeichnet werden müssen. Pechhaltige Bindemittel<br />
haben seit vielen Jahren im Straßenbau nur noch untergeordnete Bedeutung. Da<br />
jedoch ältere Schichten zum Teil auch pechhaltige Gemische enthalten, muss bei der Wiederverwertung<br />
von Straßenaufbruchmaterial dieser Problematik besondere Aufmerks<strong>am</strong>keit<br />
geschenkt werden.<br />
Bitumen wird bei der Aufbereitung geeigneter Rohöle gewonnen und ist ein schwerflüchtiges<br />
dunkelfarbiges Gemisch verschiedener organischer Substanzen. Die für Bitumen typischen<br />
Eigenschaften beruhen auf dem kolloidalen System, in dem eine disperse Phase (Asphaltene)<br />
in einer zus<strong>am</strong>menhängenden (kohärenten) Phase aus hochsiedenden Ölen (Maltene)<br />
in stabiler Verteilung vorliegt. Die Härte des Bitumens hängt davon ab, wie stark die öligen<br />
Bestandteile abdestilliert werden. Bitumen werden nach Herstellungsverfahren und nach<br />
Anwendungsgebieten unterteilt.<br />
Im Gegensatz hierzu stehen die Peche, die nach thermischer Zersetzung (Pyrolyse) aus<br />
Kohle oder Holz und anschließender Destillation entstehen.<br />
Für das Verhalten von Asphalt ist unter anderem das Verformungsverhalten von Bitumen<br />
von wesentlicher Bedeutung. Bitumen ist eine thermoviskose Flüssigkeit, d.h. die Viskosität<br />
- SB 4-1 -
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- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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ist abhängig von der Temperatur und ändert sich von splitterhart bis flüssig (Abbildung 4.1).<br />
Die Änderung der Viskosität ist umkehrbar und wiederholbar.<br />
Zudem reagiert Bitumen elasto-viskos, d.h. das Steifigkeitsmodul hängt von der Belastungszeit<br />
ab (Abbildung 4.2). Auf sehr kurze Belastungszeiten (stoßartige Belastungen) reagiert<br />
das Bitumen überwiegend elastisch, auf längere Belastungszeiten zunehmend viskos. Die<br />
Elastizität ist vergleichbar mit einem Federeffekt, der dem schnellen Verkehr zugute kommt.<br />
Bei langs<strong>am</strong>em oder stehendem Verkehr wirkt sich dagegen das viskose Verhalten des Bitumens<br />
aus, wodurch plastische Verformungen wie z.B. Spurrinnen entstehen können. Eine<br />
Änderung der Temperatur oder Bitumensorte (weicher oder steifer) bewirkt eine Verschiebung<br />
der Steifigkeits-Belastungszeit-Kurve nach links bzw. rechts.<br />
Abbildung 4.1<br />
Thermoviskoses Verhalten von Bitumen<br />
Abbildung 4.2<br />
Elasto-viskoses Verhalten von Bitumen<br />
Bei hohen Temperaturen stellt sich das Bitumen somit als Flüssigkeit dar, geht dann stufenlos<br />
in einen plastischen Zustand über und weist bei tiefen Temperaturen elastische Eigenschaften<br />
auf. Die Temperaturen, an denen sich der Aggregatzustand ändert, werden als Erweichungspunkt<br />
und Brechpunkt bezeichnet. Diese bilden keine harten Grenzen, da sich<br />
das Verformungsverhalten von Bitumen allmählich ändert (Abbildung 4.3).<br />
- SB 4-2 -
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- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Abbildung 4.3<br />
Schematische Darstellung des Verformungsverhaltens von Bitumen<br />
Die unterschiedlichen Bindemittelsorten sind bei sonst gleichen äußeren Bedingungen ungleich<br />
hart. Das bedeutet, dass die Übergänge vom spröden zum elasto-viskosen und von<br />
diesem zum flüssigen Zustand bei unterschiedlichen Temperaturen stattfinden. Im Hinblick<br />
auf den späteren Verwendungszweck ist daher bei der Herstellung von Asphalt die Wahl der<br />
geeigneten Bindemittelsorte von entscheidender Bedeutung. Die Einteilung in verschiedene<br />
Sorten erfolgt aufgrund bestimmter mechanischer Eigenschaften im Gebrauchstemperaturbereich.<br />
Um das Temperaturverhalten des Bitumens zu ermitteln, gibt es verschiedene Prüfverfahren:<br />
Penetration<br />
Prüfverfahren zur Bestimmung des Verhaltens von Bitumen bei Gebrauchstemperaturen.<br />
Die Penetration (Eindringtiefe) nach EN 1426 drückt die Wegstrecke aus, die eine genormte<br />
Nadel unter festgelegten Bedingungen in einer Analyseprobe des Materials zurücklegt. Bei<br />
diesem Prüfverfahren wird die Einsinktiefe in 1/10 mm bestimmt, um die eine mit 100 g belastete<br />
standardisierte Nadel bei 25 °C in 5 Sekunden in das Bitumen eindringt. Abbildung<br />
4.4 zeigt den Versuchsaufbau.<br />
- SB 4-3 -
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Abbildung 4.4 Bestimmung der Penetration (nach EN 1426)<br />
Erweichungspunkt Ring und Kugel (EP RuK)<br />
Prüfverfahren zur Bestimmung des Verhaltens von Bitumen bei hohen Temperaturen. Der<br />
Erweichungspunkt Ring und Kugel nach EN 1427 bestimmt die Grenztemperatur, bei der<br />
das Bitumen zum zähflüssigen Verhalten übergeht. Bei dem Versuch wird die Temperatur<br />
bestimmt, bei der eine in einem Messingring befindliche Bitumenschicht bei gleichmäßiger<br />
Erwärmung unter dem Gewicht einer Stahlkugel eine bestimmte Verformung erfährt<br />
(Abbildung 4.5).<br />
Abbildung 4.5 Bestimmung des Erweichungspunktes RuK (nach EN 1427)<br />
- SB 4-4 -
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Brechpunkt nach Fraaß<br />
Prüfverfahren zur Bestimmung des Verhaltens von Bitumen bei tiefen Temperaturen. Die<br />
Grenztemperatur des Überganges vom elasto-viskosen zum spröden Verhalten ist der<br />
Brechpunkt. Er wird durch den Versuch nach Fraaß (EN 12593) bestimmt. Er gibt die Temperatur<br />
an, bei der eine auf einem Stahlblech aufgebrachte dünne Bitumenschicht bei<br />
gleichmäßiger Abkühlung unter dem Einfluss einer Dehnungsbeanspruchung bricht oder<br />
Risse bekommt (Abbildung 4.6).<br />
Abbildung 4.6 Bestimmung des Brechpunktes nach Fraaß (nach EN 12593)<br />
Duktilität<br />
Bei der Duktilitätsmessung (Streckbarkeit) nach DIN 52 013 wird ein Probekörper unter festgelegten<br />
Bedingungen unter konstanter Ziehgeschwindigkeit ausgezogen, bis der Faden<br />
reisst (Abbildung 4.7). Die erreichte Verlängerung des Probekörpers wird in cm gemessen<br />
und als Duktilität angegeben.<br />
Abbildung 4.7 Bestimmung der Duktilität (nach DIN 52 013)<br />
- SB 4-5 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Eisenbahnwesen<br />
Die Einteilung der Straßenbaubitumen erfolgt nach der Penetration. Die Bezeichnung der<br />
verschiedenen Sorten besteht aus zwei Zahlen, welche die Spannweite der Penetration angeben.<br />
Wenn die Penetration einen großen Wert ergeben hat, dann liegt ein weiches Bitumen<br />
vor, bei dem der Erweichungspunkt und der Brechpunkt niedrig liegen. Die Anforderungen<br />
an Straßenbaubitumen sind in der EN 12591 festgelegt. Einen Auszug daraus zeigt Abbildung<br />
4.8.<br />
Abbildung 4.8<br />
Anforderungen an Straßenbaubitumen nach EN 12591 (Auszug)<br />
Auf stark belasteten Strecken kommen heute polymermodifizierte Bitumen (PmB) zum Einsatz.<br />
Der Zusatz von Polymeren bewirkt eine Verbesserung der Standfestigkeit bei höheren<br />
Temperaturen, eine Erweiterung der Plastizitätsspanne und eine intensivere Haftung an den<br />
Gesteinskorn. Um die Eigenschaften der PmB zu kennzeichnen, wird gegenüber dem Straßenbaubitumen<br />
zusätzlich geprüft:<br />
Elastische Rückstellung von Polymermodifiziertem Bitumen (PmB)<br />
Hierfür wird nach EN 13398 ein Probekörper aus Bitumen bei einer Temperatur von 25 °C<br />
mit konstanter Geschwindigkeit von 50 mm/min auf eine vorherbestimmte Länge (200 mm)<br />
ausgezogen. Der so erzeugte Bitumenfaden wird in der Mitte zerschnitten und liefert<br />
dadurch zwei Hälften des Fadens. Nach 30 Minuten wird die Verkürzung der Halbfäden gemessen<br />
und als prozentualer Wert in Bezug auf die Auszugslänge angegeben.<br />
Von den beschriebenen Kennwerten für Bitumen und PmB hängt auch der Plastizitätsbereich<br />
ab. Für das Gebrauchsverhalten von Asphaltbefestigungen sind große Plastizitätsbereiche<br />
günstig, da diese einen großen Bereich der tatsächlich auftretenden Temperaturen<br />
abdecken können.<br />
- SB 4-6 -
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4.2 Ausgangsstoff Gesteinskörnung<br />
Gesteinskörnungen kommen entweder als Lockergestein in der Natur vor (Sand, Kies) oder<br />
werden aus Festgestein in Steinbrüchen durch Brechen und Absieben in Lieferkörnungen<br />
gewonnen. Daneben gibt es noch industrielle Nebenprodukte (Hochofenschlacke, Metallhüttenschlacke,<br />
Müllverbrennungsasche) sowie Recyclingmaterial.<br />
EN 932 Prüfverfahren für allgemeine Eigenschaften von Gesteinskörnungen, Teile 1 bis 5<br />
EN 933 Prüfverfahren für geometrische Eigenschaften von Gesteinskörnungen, Teile 1<br />
bis 10<br />
EN 1097<br />
EN 1367<br />
Prüfverfahren für mechanische und physikalische Eigenschaften von Gesteinskörnungen,<br />
Teile 1 bis 10<br />
Prüfverfahren für thermische Eigenschaften und Verwitterungsbeständigkeit von<br />
Gesteinskörnungen, Teile 1 bis 5<br />
EN 1744 Prüfverfahren für chemische Eigenschaften von Gesteinskörnungen, Teile 1 bis 4<br />
EN 13179 Prüfverfahren für mineralische Füller in bitumenhaltigen Mischungen, Teile 1 bis 2<br />
Abbildung 4.9<br />
Europäische Prüfverfahren für Gesteinskörnungen<br />
Zur Qualitätssicherung unterliegen die Gesteinskörnungen einer geregelten Überwachung<br />
und Zertifizierung. Die erforderlichen Merkmale ergeben sich aus den verschiedenen Beanspruchungsarten,<br />
denen das Material bei der Herstellung, beim Einbau und unter Einfluss<br />
von Witterung und Verkehr ausgesetzt ist. Daraus ergeben sich einige wesentliche Eigenschaften,<br />
denen die Gesteinskörnungen entsprechen müssen. Diese sind für Gesteinskörnungen,<br />
die in Asphaltbauweisen zum Einsatz kommen, in den DIN EN 13043 festgeschrieben<br />
und werden regelmäßig überprüft. Die Prüfverfahren sind in verschiedenen Normen beschrieben<br />
(Abbildung 4.9).<br />
Zu den zu prüfenden Eigenschaften der Gesteinskörnungen gehören unter anderem:<br />
- geometrische Eigenschaften, d.h.<br />
- Korngruppen und Korngrößenverteilung<br />
Alle Gesteinskörnungen müssen durch Angabe der Korngruppen beschrieben werden<br />
und den an die Korngrößenverteilung festgelegten Anforderungen entsprechen.<br />
Entscheidend ist das Verhältnis der oberen Siebgröße (D) zur unteren Siebgröße (d).<br />
- Gehalt an Feinanteilen und deren Qualität<br />
Wenn der Gehalt an Feinanteilen bestimmte Werte übersteigt, muss er festgelegten<br />
Anforderungen gerecht werden (zwischen 3 und 10 % muss der Gehalt an schädli-<br />
- SB 4-7 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
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chen Feinanteilen bestimmt werden, über 10 % müssen die Feinanteile der Qualität<br />
von Füller entsprechen)<br />
- Kornform<br />
Die Form der Gesteinskörner hat Einfluss auf die Eigenschaften des fertigen Mischgutes,<br />
da sich gedrungene Körnungen besser verdichten lassen und bei mechanischer<br />
Beanspruchung nicht so leicht zerbrechen wie plattige Körner.<br />
- Bruchflächigkeit<br />
- Physikalische Anforderungen, d.h.<br />
- Widerstand gegen Zertrümmerung<br />
Der Widerstand gegen Zertrümmerung wird mit dem Los-Angeles-Koeffizienten bestimmt.<br />
- Widerstand gegen Polieren (für Deckschichten)<br />
- Widerstand gegen Oberflächenabrieb<br />
- Widerstand gegen Verschleiß<br />
- Rohdichte, Schüttdichte<br />
- Frostwiderstand<br />
- Hitzebeständigkeit<br />
- Affinität zu bitumenhaltigen Bindemitteln<br />
- Chemische Anforderungen<br />
- Chemische Zus<strong>am</strong>mensetzung<br />
- Grobe organische Verunreinigungen<br />
- Bestandteile, welche die Raumbeständigkeit von Hochofenstückschlacke beeinträchtigen.<br />
4.3 Asphaltschichten und Mischgutarten<br />
Asphalt besteht aus Gesteinskörnungen und Bitumen, die bei ausreichend hoher Temperatur<br />
miteinander vermischt werden. Nachdem das Gemisch abgekühlt ist entsteht durch Haftung<br />
eine dauerhafte Bindung.<br />
Neben den technisch hergestellten Asphalten gibt es auch natürlich vorkommende Gemische<br />
aus Bitumen und Gesteinskörnungen. Diese spielen im Straßenbau jedoch nur eine<br />
untergeordnete Rolle. Teilweise wird Naturasphalt als Zusatzstoff (Trinidad-Epuré) einge-<br />
- SB 4-8 -
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setzt, um die bautechnischen Eigenschaften von technisch hergestelltem Asphalt zu verbessern.<br />
Die Herstellung von Asphalt in einer Asphaltmischanlage unterliegt einer Überwachung und<br />
Zertifizierung, die eine gleichbleibende Qualität sicherstellen soll. Dies gilt für alle Schichten<br />
des klassifizierten Straßenbaues, d.h. für Trag-, Binder- und Deckschichten, die aufgrund<br />
der an sie gestellten Anforderungen in ihrer Zus<strong>am</strong>mensetzung unterschiedlich sind.<br />
Die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale für die verschiedenen Bauweisen von Asphalten<br />
sind der Hohlraumgehalt und die Verarbeitungstemperatur, aus denen sich die unterschiedlichen<br />
Eigenschaften und Einbautechniken ableiten lassen.<br />
Bei Asphalt im Heißeinbau wird unterschieden zwischen<br />
- Walzasphalt Hohlraumgehalt V > 0 und<br />
- Gussasphalt bzw. Asphaltmastix Hohlraumgehalt V = 0.<br />
Der Einbau von Walzasphalt (Abbildung 4.10) erfolgt mittels Fertigern (Abbildung 4.11), die<br />
das Mischgut verteilen und abgleichen und mit einer schwimmenden Bohle vorverdichten.<br />
Die Nachverdichtung wird mit Walzen erbracht. D<strong>am</strong>it eine gleichmäßig hohe Verdichtung<br />
erreicht wird, muss mit dem Verdichten so früh wie möglich begonnen werden, wobei die<br />
Walze jedoch nicht einsinken und nicht schieben darf.<br />
Abbildung 4.10<br />
Einbau von Walzasphalt<br />
- SB 4-9 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 4.11<br />
Arbeitsweise eines Straßenfertigers<br />
Beim Einbau von Gussasphalt ist eine Walzverdichtung nicht erforderlich, da er in heißem<br />
Zustand gieß- und streichfähig ist. Die Oberfläche wird unmittelbar nach dem Einbau durch<br />
Aufrauen oder Abstumpfen mit Splitt nachbehandelt. Der Einbauzug besteht aus Abstreifbohle,<br />
Splittstreuer und angehängtem Walzelement zum Andrücken des aufgestreuten<br />
Splitts (Abbildung 4.12).<br />
Abbildung 4.12<br />
Einbau von Gussasphalt<br />
Aus den verschiedenen Anwendungsbereichen des Asphaltes ergeben sich die Mischgutzus<strong>am</strong>mensetzungen,<br />
die sich in Bezug auf Hohlraumgehalt, Art und Korngröße der Gesteinskörnungen<br />
und Bitumenhärte unterscheiden. In den TL Asphalt-StB sind die möglichen Zus<strong>am</strong>mensetzungen<br />
der einzelnen Asphaltarten und -sorten beschrieben.<br />
- SB 4-10 -
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Eisenbahnwesen<br />
Im Folgenden werden die Abkürzungen und Definitionen der TL Asphalt-StB zur Bezeichnung<br />
von Asphaltmischgut beschrieben:<br />
Asphaltmischgutart:<br />
AC<br />
SMA<br />
MA<br />
PA<br />
Asphaltbetone (Asphalt Concrete)<br />
Splittmastixasphalt (Stone Mastic Asphalt)<br />
Gussasphalt (Mastic Asphalt)<br />
Offenporiger Asphalt (Porous Asphalt)<br />
Asphaltmischgutsorte:<br />
Die Asphaltmischgutsorte wird durch die obere Siebgröße in mm des enthaltenen Gesteinskörnungsgemisches<br />
gekennzeichnet.<br />
Untergliederung der Asphaltmischgutart Asphaltbeton:<br />
T<br />
B<br />
D<br />
TD<br />
Asphalttragschichtmischgut<br />
Asphaltbinder<br />
Asphaltbeton für Asphaltdeckschichten<br />
Asphalttragdeckschichtmischgut<br />
Ergänzung für die Beanspruchung:<br />
L<br />
N<br />
S<br />
leichte Beanspruchung<br />
normale Beanspruchung<br />
besondere Beanspruchung<br />
Beispiele für die Bezeichnung für eine Asphaltmischgutsorte:<br />
AC 32 T S Asphaltbeton für Asphalttragschichten mit einer oberen Siebgröße von 32 mm<br />
zur Verwendung für Verkehrsflächen mit besonderer Beanspruchung<br />
AC 11 D N Asphaltbeton für Asphaltdeckschichten mit einer oberen Siebgröße von 11 mm<br />
zur Verwendung für Verkehrsflächen mit normaler Beanspruchung<br />
Für die einzelnen Asphaltschichten gelten, die nachfolgend beschriebenen Grundsätze und<br />
Anforderungen. Dabei werden in den Abbildungen mit den Anforderungen für die jeweiligen<br />
Asphalte diese Abkürzungen bzw. Kategorien für die Beschreibung der Gesteinskörnungen<br />
und des Asphaltmischgutes verwendet:<br />
B min<br />
V min<br />
Mindestbindemittelgehalt<br />
Mindesthohlraumgehalt<br />
- SB 4-11 -
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Eisenbahnwesen<br />
V max<br />
C<br />
E cs<br />
SZ<br />
LA<br />
PSV<br />
I min<br />
I max<br />
I nc<br />
NR<br />
Maximaler Hohlraumgehalt<br />
Kategorie für den prozentualen Anteil gebrochener Oberflächen<br />
Kategorie für die Kantigkeit von feinen Gesteinskörnungen<br />
Kategorie für Höchstwerte des Widerstands gegen Schlagzertrümmerung<br />
Kategorie für die Höchstwerte des Los-Angeles-Koeffizienten<br />
Kategorie für die Mindestwerte des Widerstandes gegen Polieren<br />
Mindestwert der Eindringtiefe<br />
Höchstwert der Eindringtiefe<br />
Maximale Zunahme der Eindringtiefe nach 30 min<br />
keine Anforderung (no requirement)<br />
Für jede Zus<strong>am</strong>mensetzung eines Asphaltmischgutes muss eine Erstprüfung durchgeführt<br />
werden, um nachzuweisen, dass die Anforderungen des Technischen Regelwerkes für Asphalt<br />
(TL Asphalt-StB) erfüllt werden.<br />
Die Erstprüfung umfasst eine Reihe von Prüfungen nach den TP Asphalt-StB, um die Eigenschaften<br />
bzw. die Gebrauchstauglichkeit einer Asphaltmischgutsorte zu bestimmen. Die<br />
Erstprüfung muss vor der ersten Verwendung durchgeführt werden.<br />
Der Nachweis aller Eigenschaften erfolgt durch Validierung im Laboratorium, das heißt die<br />
Prüfungen sind an Asphaltmischgut vorzunehmen, das in einem Laboratorium aus Baustoffen<br />
hergestellt wurde, die der Sollzus<strong>am</strong>mensetzung entsprechend gemischt wurden. Dabei<br />
ist z.B. eine Variation der Bindemittelmenge in drei Stufen im Rahmen der zulässigen Anforderungen<br />
zweckmäßig.<br />
4.3.1 Asphalttragschicht<br />
Als Bindeglied zwischen der Asphaltdecke (Asphaltbinder- und Asphaltdeckschicht) und der<br />
entsprechenden Unterlage müssen sie hohe Biegezugspannungen aufnehmen können. Sie<br />
müssen daher eine hohe Standfestigkeit und Biegezugfestigkeit aufweisen, sind aber in der<br />
Regel nicht so hohen Frosteinwirkungen ausgesetzt. Als Gesteinskörnungen kann rundkörniges<br />
oder gebrochenes Material mit guter Affinität zum Bitumen zum Einsatz kommen. Bei<br />
der Zus<strong>am</strong>mensetzung des Gesteinkörnungsgemisches und des Asphaltmischgutes sind die<br />
Anforderungen der TL Asphalt-StB gemäß Abbildung 4.13 zu beachten.<br />
Die Eigenschaften der Bitumensorte beeinflussen das Ermüdungsverhalten und die Verformungsbeständigkeit<br />
der fertigen Tragschicht. Als Bindemittel sind Straßenbaubitumen<br />
70/100, 50/70 oder 30/45 zu verwenden.<br />
- SB 4-12 -
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Grundsätzlich sollen Asphalttragschichten möglichst hohlraumarm sein, um Nachverdichtungen<br />
zu vermeiden, und ein stabiles Korngerüst aufweisen, d<strong>am</strong>it eine gute Lastabtragung<br />
möglich ist. Der Verdichtungsgrad sollte gemäß ZTV Asphalt-StB mindestens 97 % erreichen.<br />
Abbildung 4.13<br />
Anforderungen an Asphalttragschichtmischgut nach den<br />
TL Asphalt-StB<br />
^<br />
Abbildung 4.14<br />
Sieblinien Asphalttragschicht AC 32 T N und AC 32 T S<br />
- SB 4-13 -
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4.3.2 Asphaltbinderschicht<br />
Die Binderschichten müssen als Übergang zwischen der feinkörnigen Deckschicht und der<br />
grobkörnigen Tragschicht hohe Schubspannungen aufnehmen und dienen dem Ausgleich<br />
von Unebenheiten. Dazu müssen sie besonders beständig gegen bleibende Verformungen<br />
ausgeführt werden.<br />
Die Zus<strong>am</strong>mensetzung des Asphaltbindermischgutes ist gut gestuft mit einem hohen Splittanteil.<br />
Die Splittkörner sollen nach dem Einbau ein untereinander verspanntes Korngerüst<br />
bilden, um plastische Verformungen zu vermeiden. Das Mischgut muss gute Standfestigkeitseigenschaften<br />
haben, weshalb hochwertiges Material zum Einsatz kommen muss. In<br />
der Regel kommen für Asphaltbinderschichten als Mischgut Asphaltbinder mit einem Größtkorn<br />
von 16 und 22 mm zur Anwendung. Asphaltbinder, die für hoch beanspruchte Verkehrsflächen<br />
geeignet sind, werden mit dem Buchstaben S gekennzeichnet.<br />
Die Wahl des Bitumens ist abhängig von der Verkehrsbelastung. Zur Verwendung kommen<br />
Straßenbaubitumen 30/45 und 50/70 oder Polymermodifiziertes Bitumen. Je nach Variante<br />
wird ein Hohlraumgehalt <strong>am</strong> Marshall-Probekörper von 2,5 bis 6,5 Vol.-% angestrebt.<br />
Abbildung 4.15<br />
Sieblinien Asphaltbinder AC 16 B N und AC 16 B S<br />
Der Verdichtungsgrad sollte gemäß ZTV Asphalt-StB mindestens 97 % erreichen. Die<br />
TL Asphalt-StB enthält die Anforderungen, denen die Baustoffe und Baustoffgemische der<br />
Binderschicht entsprechen müssen. Sie sind in Abbildung 4.16 zus<strong>am</strong>mengefasst. Die Abbildung<br />
4.15 zeigt beispielhaft zwei Sieblinien für Asphaltbinder.<br />
- SB 4-14 -
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Abbildung 4.16<br />
Anforderungen an Asphaltbinder nach den TL Asphalt-StB<br />
4.3.3 Asphaltdeckschicht<br />
Die Asphaltdeckschichten müssen eine verschleißfeste, griffige und ebene Oberfläche sicherstellen.<br />
Auch sollten sie möglichst hell sein. Da sie den direkten Einwirkungen des Verkehrs,<br />
der Witterung und der Auftaumittel unterliegen, sind sie besonders starken Beanspruchungen<br />
ausgesetzt. Die Wahl der Deckschichtart hängt von der Art der Verkehrsbelastung,<br />
Umweltaspekten, Überlegungen zur Verkehrssicherheit und gestalterischen Vorgaben ab.<br />
Daraus ergeben sich folgende Anforderungen an Fahrbahndecken:<br />
- SB 4-15 -
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- Die Verwendung frostbeständiger Gesteinskörnungen, ausreichend dicke Bindemittelfilme<br />
und geringe Hohlraumgehalte sichern die Witterungsbeständigkeit.<br />
- Die Verwendung standfester Gesteinskörnungsgemische in Verbindung mit ausreichend<br />
dicken Bindemittelfilmen gewährleisten die Verschleißfestigkeit, die Verformungs-<br />
und die Ermüdungsbeständigkeit.<br />
- Zum Erhalt der Griffigkeit kommen polierresistente Gesteine zum Einsatz.<br />
- Ein besonders gut abgestuftes Mischgut liefert ein Korngerüst, das hohe Schub- und<br />
Druckspannungen übertragen kann.<br />
Für die einzelnen Deckschichtarten gibt die ZTV Asphalt-StB verschiedene Grundsätze an:<br />
Asphaltbeton<br />
Asphaltbeton besteht aus einem Gesteinskörnungsgemisch mit abgestufter Korngrößenverteilung<br />
und Straßenbaubitumen oder Polymermodifiziertem Bitumen als Bindemittel. Das<br />
Gesteinskörnungsgemisch muss so zus<strong>am</strong>mengesetzt sein, dass es einen geringen Hohlraumgehalt<br />
aufweist und sich die Lagerungsdichte und Korngrößenverteilung unter Verkehrsbeanspruchung<br />
nur geringfügig verändern kann. Der Verdichtungsgrad sollte gemäß<br />
ZTV Asphalt-StB mindestens 97 % (für AC 5 D L nur 96 %) erreichen, der Hohlraumgehalt<br />
≤ 6,5 Vol.-% für AC 16 D S, AC 11 D S und ≤ 5,5 Vol.-% für AC 11 D N, AC 11 D L,<br />
AC 8 D N, AC 8 D L und AC 5 D L sein.<br />
Für die Zus<strong>am</strong>mensetzung von Asphaltbeton gilt:<br />
- je höher der Natursandanteil im Gesteinskörnungsgemisch, desto besser die Verarbeitbarkeit,<br />
aber desto geringer der Verformungswiderstand<br />
- je höher der Brechsandanteil im Gesteinskörnungsgemisch, desto schlechter die<br />
Verarbeitbarkeit, aber desto höher der Verformungswiderstand<br />
- bei hoher Verkehrsbeanspruchung muss das Mischgut splittreich zus<strong>am</strong>mengesetzt<br />
sein, auf Natursand ist ganz zu verzichten<br />
Als Standardmaterial für Straßen mit normaler Beanspruchung ist Asphaltbeton AC 11 D N<br />
mit Bitumen 50/70 oder 70/100 anzusehen. Die Tabelle in Abbildung 4.17 zeigt die Anforderungen<br />
an Asphaltbetone und Abbildung 4.18 mögliche Sieblinien.<br />
- SB 4-16 -
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Abbildung 4.17<br />
Anforderungen an Asphaltbeton nach den TL Asphalt-StB<br />
Abbildung 4.18<br />
Sieblinien Asphaltbeton AC 11 D S und AC 11 D N<br />
Splittmastixasphalt<br />
Splittmastixasphalt besteht aus einem Gesteinskörnungsgemisch mit Ausfallkörnung und<br />
Straßenbaubitumen oder Polymermodifiziertem Bitumen als Bindemittel sowie Zusätzen als<br />
Bindemittelträger. Diese Ausfallkörnung führt zu einem sich selbst stützenden Splittgerüst,<br />
dessen Hohlräume bis zu einem gewissen Grad durch einen Mastixmörtel ausgefüllt werden.<br />
Der Asphaltmastix zeichnet sich durch hohe Verschleißfestigkeit aus und ist daher besonders<br />
geeignet für Baumaßnahmen in extremen klimatischen Bedingungen und unter hohen<br />
bis höchsten Verkehrsbelastungen. Das Gesteinskörnungsgemisch besteht vorzugsweise zu<br />
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100 % aus gebrochenem Material. In Abbildung 4.19 sind die Sieblinien für SMA 11 S und<br />
SMA 8 S dargestellt, Abbildung 4.20 zeigt die Anforderungen nach den TL Asphalt-StB.<br />
Abbildung 4.19<br />
Sieblinien Splittmastixasphalt SMA 11 S und SMA 8 S<br />
Abbildung 4.20<br />
Anforderungen an Splittmastixasphalt nach den TL Asphalt-StB<br />
Der Verdichtungsgrad sollte gemäß ZTV Asphalt-StB mindestens 97 % erreichen, der Hohlraumgehalt<br />
≤ 5,0 Vol.-% sein.<br />
- SB 4-18 -
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Offenporiger Asphalt<br />
Offenporiger Asphalt (OPA) besteht aus einer groben und ggf. einer feinen Gesteinskörnung,<br />
Füller und Polymermodifiziertem Bitumen als Bindemittel sowie Zusätzen als Bindemittelträger.<br />
Das Gemisch der Gesteinskörnungen ist sehr hohlraumreich zus<strong>am</strong>mengesetzt; der<br />
Hohlraumgehalt <strong>am</strong> Marshall-Probekörper liegt zwischen 24,0 und 28,0 Vol.-%. Um die Verformungsstabilität<br />
zu sichern, werden an die Kantenfestigkeit und Polierresistenz der Splitte<br />
sowie an die Klebkraft des Bitumens besondere Anforderungen gestellt. Die offenporigen<br />
Asphalte werden als lärmmindernde Deckschichten eingesetzt.<br />
Abbildung 4.21<br />
Anforderungen an Offenporigen Asphalt nach den TL Asphalt-StB<br />
Das Asphaltsmischgut ist gekennzeichnet durch einen sehr hohen Anteil von besonders festem<br />
und wenig polierbarem Splitt mit bis zu 90 % in der gröbsten Korngruppe, durch fehlenden<br />
Sand und geringen Füllergehalt. Vom Bindemittel werden gute Hafteigenschaften, gute<br />
Wärmestandfestigkeit und ausreichendes Relaxationsverhalten bei Kälte vorausgesetzt. Die<br />
- SB 4-19 -
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Anforderungen an Offenporigen Asphalt ist in Abbildung 4.21 dargestellt, ausgewählte Sieblinien<br />
hierfür in Abbildung 4.22.<br />
Bei offenporigen Deckschichten muss das darin fließende Wasser zu den Fahrbahnrändern<br />
hin abgeleitet werden. D<strong>am</strong>it kein Wasser in die unteren Schichten gelangt, muss die Binderschicht<br />
oder eine direkt darunter liegende Tragschicht mit einer wasserundurchlässigen<br />
Bitumenschicht versiegelt werden.<br />
Abbildung 4.22 Sieblinien Offenporiger Asphalt PA 11 und PA 8<br />
Der Verdichtungsgrad sollte gemäß ZTV Asphalt-StB mindestens 97 % erreichen, der Hohlraumgehalt<br />
zwischen 22,0 und 28,0 Vol.-% liegen.<br />
Gussasphalt<br />
Gussasphalt (MA) ist ein dichtes Asphaltmischgut aus groben und feinen Gesteinskörnungen,<br />
Füller und als Bindemittel Straßenbaubitumen, Polymermodifiziertes Bitumen oder ein<br />
Gemisch aus Straßenbaubitumen und Naturasphalt. Es dürfen geeignete viskositätsveränderte<br />
Bindemittel oder viskositätsverändernde Zusätze verwendet werden, die eine Reduzierung<br />
der Temperatur beim Herstellen oder Verarbeiten ermöglichen.<br />
Die Tragfunktion wird aber nicht durch ein Gesteinskörnungsgerüst hergestellt, sondern<br />
durch eine durchgehende Mörtelphase, die die Hohlräume im Gesteinskörnungsgemisch<br />
völlig ausfüllt. Der Mörtel ist sehr steif eingestellt. Der praktisch hohlraumfreie Gussasphalt<br />
ist so zus<strong>am</strong>mengesetzt, dass er im Einbauzustand einen Bindemittelüberschuss hat und<br />
somit gießbar und streichbar ist. Der Gussasphalt wird bei einer Temperatur zwischen 220<br />
und 240 °C eingebaut. Er kann ohne Verdichtung verarbeitet werden. Da er kaum eine<br />
Nachverdichtung erfährt, ist Gussasphalt für Straßen mit besonders hohen Beanspruchungen<br />
(Belastungsklasse 100 und 32) geeignet. Wegen seiner Wasserdichtigkeit wird er häufig<br />
als Brückenbelag verwendet.<br />
- SB 4-20 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
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Eisenbahnwesen<br />
Als Bindemittel wird in der Regel das Straßenbaubitumen 20/30 und 30/45 sowie Polymermodifiziertes<br />
Bitumen eingesetzt. Die Anforderungen an Gussasphalt zeigt die Abbildung<br />
4.23. Zusätzlich sind zwei Beispiele für eine Sieblinie in Abbildung 4.24 dargestellt.<br />
Auf den eingebauten Gussasphalt werden z.B. 12 bis 15 kg/m² grobe Gesteinskörnung der<br />
Lieferkörnung 2/5 aufgestreut und mit Gummiradwalzen in die Oberfläche eingearbeitet.<br />
Dadurch entsteht eine besonders raue und somit griffige Oberfläche.<br />
Abbildung 4.23<br />
Anforderungen an Gussasphalt nach den TL Asphalt-StB<br />
Abbildung 4.24<br />
Sieblinien Gussasphalt MA 11 S<br />
- SB 4-21 -
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4.3.4 Asphalttragdeckschichtmischgut<br />
Tragdeckschichten bestehen aus einem kornabgestuften Gemisch aus Gesteinskörnungen<br />
und Straßenbaubitumen. Die Tragdeckschicht erfüllt sowohl die Aufgaben der Asphaltdeckschicht<br />
als auch die Aufgaben der Asphalttragschicht. Die Einbaudicke liegt zwischen 5 und<br />
10 cm. Zum Einsatz kommt die Asphalttragschicht bei Straßen untergeordneter Bedeutung,<br />
Rad- und Gehwegen sowie auf ländlichen Wegen. Die Anforderungen an Asphalttragdeckschichtmischgut<br />
sind in Abbildung 4.25, eine Sieblinie in Abbildung 4.26 dargestellt.<br />
Abbildung 4.25<br />
Anforderungen an Asphalttragdeckschichtmischgut nach den<br />
TL Asphalt-StB<br />
Abbildung 4.26<br />
Sieblinie Asphalttragdeckschichtmischgut AC 16 T D<br />
- SB 4-22 -
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Der Verdichtungsgrad sollte gemäß ZTV Asphalt-StB mindestens 96 % erreichen, der Hohlraumgehalt<br />
≤ 6,5 Vol.-% sein.<br />
4.4 Prüfungen im Asphaltstraßenbau<br />
Die verschiedenen Schichten einer Asphaltbefestigung müssen bestimmten Anforderungen<br />
gerecht werden. Alle Schichten müssen tragfähig sein, d.h. sie sollen ihre Form unter Belastung<br />
nicht bleibend verändern, d<strong>am</strong>it sich keine Spurrinnen, Wellen und Unebenheiten bilden;<br />
für Binder- und Deckschicht muss zusätzlich die Schubfestigkeit gewährleistet sein. Die<br />
oberste Schicht, die direkt dem Verkehr ausgesetzt ist, muss darüber hinaus ausreichende<br />
Dichtigkeit (kein Eindringen von Wasser), Verschleißfestigkeit (Widerstand gegen Abrieb,<br />
Ausmagerung und Substanzverlust) aufweisen und aus Gründen der Verkehrssicherheit<br />
eben, griffig und hell sein.<br />
D<strong>am</strong>it die erforderlichen Eigenschaften der Schichten gesichert werden, sind verschiedene<br />
Qualitätsprüfungen erforderlich.<br />
4.4.1 Qualitätssicherung<br />
Eignungsnachweis<br />
Eignungsnachweise werden nach DIN 18 317, Abschnitte 2.2.1 und 4.1.3 durchgeführt. Sie<br />
dienen dem Nachweis der Eignung der Baustoffe und der Baustoffgemische für den vorgesehenen<br />
Verwendungszweck und den sich daraus ergebenden Anforderungen.<br />
Der Eignungsnachweis erfolgt durch Angaben zur Zus<strong>am</strong>mensetzung und zu den im Rahmen<br />
der Erstprüfung nach den TL Asphalt-StB durchgeführten Prüfungen sowie durch Erklärung<br />
über die Eignung für den vorgesehenen Verwendungszweck und ggf. zusätzliche Angaben.<br />
Diese Angaben sind maßgebend für die Ausführung und die Abnahme der Bauleistungen.<br />
Ändern sich Art und Eigenschaft der Baustoffgemische oder etwa die Einbaubedingungen,<br />
so ist erneut die Eignung nachzuweisen.<br />
Eigenüberwachungsprüfungen<br />
Die Eigenüberwachungsprüfungen richten sich nach den DIN 18 317, Abschnitte 2.2.2 und<br />
4.1.3. Hierbei handelt es sich um Prüfungen des Auftragnehmers oder dessen Beauftragten,<br />
um festzustellen, ob die Güteeigenschaften der Baustoffe, der Baustoffgemische und der<br />
fertigen Leistung den vertraglichen Anforderungen entsprechen. Die erforderlichen Prüfungen<br />
beim Einbau beschreiben die ZTV Asphalt-StB.<br />
- SB 4-23 -
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Eisenbahnwesen<br />
Kontrollprüfungen<br />
Die Kontrollprüfungen sind in den DIN 18 317, Abschnitte 2.2.3 und 4.2.9 beschrieben. Mit<br />
diesen Prüfungen des Auftraggebers wird festgestellt, ob die Güteeigenschaften der Baustoffe,<br />
der Baustoffgemische und der fertigen Leistung den vertraglichen Anforderungen entsprechen.<br />
Die Ergebnisse sind Grundlage der Abrechnung und der Abnahme. Die Probenahme<br />
sowie die Prüfungen, die auf der Baustelle erfolgen, werden vom Auftraggeber in Anwesenheit<br />
des Auftragnehmers durchgeführt.<br />
Abbildung 4.27 zeigt Art und Umfang der Kontrollprüfungen an Baustoffen, Mischgut und<br />
eingebauter Schicht.<br />
Abbildung 4.27<br />
Art und Umfang der Kontrollprüfungen an Asphaltmischgut und<br />
der eingebauten Schicht nach den ZTV Asphalt-StB<br />
Zusätzliche Kontrollprüfungen<br />
Zusätzliche Kontrollprüfungen können vom Auftragnehmer gefordert werden, wenn anzunehmen<br />
ist, dass das Ergebnis einer Kontrollprüfung nicht kennzeichnend für die ganze zugeordnete<br />
Fläche ist. Die Kosten für die vom Auftragnehmer beantragten zusätzlichen Kontrollprüfungen<br />
trägt der Auftragnehmer.<br />
Schiedsuntersuchungen<br />
Eine Schiedsuntersuchung ist die Wiederholung einer zusätzlichen Kontrollprüfung, die erforderlich<br />
wird, wenn Auftraggeber oder Auftragnehmer begründete Zweifel an der sachge-<br />
- SB 4-24 -
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Eisenbahnwesen<br />
rechten Durchführung der Kontrollprüfung haben. Die Schiedsuntersuchung wird von einer<br />
anerkannten Prüfstelle durchgeführt, die weder mit der Kontrollprüfung noch mit der zusätzlichen<br />
Kontrollprüfung beauftragt war. Die Kosten trägt derjenige zu dessen Ungunsten das<br />
Ergebnis ausfällt.<br />
4.4.2 Bestimmung ausgewählter Kenngrößen und Eigenschaften<br />
Für die Probenahme und Prüfung von Mischgutproben und Ausbaustücken gelten die<br />
TP A-StB. Die darin beschriebenen Prüfungen dienen zur Bestimmung der relevanten Kenngrößen<br />
von Asphaltmischgut und der eingebauten Asphaltschicht. Von diesen Kenngrößen<br />
bzw. Prüfungen werden ausgewählte nachfolgend beschrieben, die prinzipiell im Rahmen<br />
von Erst-, Eigenüberwachungs- und Kontrollprüfungen durchgeführt werden. Die Rechenformeln<br />
für wesentliche Kenngrößen von Asphalt sind in Abbildung 4.28 angegeben.<br />
Rohdichte von Asphalt nach TP A-StB, Teil 5<br />
Als Messproben dienen die Asphaltmischgutproben.<br />
Eine granulierte Asphaltprobe wird in einem Pyknometer zunächst trocken gewogen, dann<br />
mit Wasser bis zur Messmarke aufgefüllt und anschließend noch einmal gewogen. Aus den<br />
ermittelten Werten kann die Rohdichte berechnet werden.<br />
ρ<br />
m<br />
=<br />
V<br />
Pt<br />
m2<br />
− m1<br />
m3<br />
− m<br />
−<br />
ρ<br />
w<br />
2<br />
[g/cm³]<br />
mit:<br />
ρ m = Rohdichte der Asphaltprobe in g/cm 3<br />
m 1 = Masse des Pyknometers mit Schliffaufsatz in g<br />
m 2 = Masse des Pyknometers mit Schliffaufsatz und der Messprobe in g<br />
m 3 = Masse des Pyknometers mit Schliffaufsatz, der Messprobe und des Wassers in g<br />
V Pt = Volumen des Pyknometers bis zur Messmarke in cm³<br />
ρ w = 0,997 g/cm³ Dichte des Wassers bei 25 °C Prüftemperatur<br />
Die Rohdichte ρ m ist in g/cm³ auf 0,001 g/cm³ gerundet anzugeben.<br />
Ist die Zus<strong>am</strong>mensetzung des Asphaltes bekannt, kann seine Dichte alternativ näherungsweise<br />
nach folgender Gleichung berechnet werden:<br />
- SB 4-25 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
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Eisenbahnwesen<br />
ρ<br />
m<br />
=<br />
100<br />
r B<br />
+<br />
ρ ρ<br />
r<br />
25<br />
[g/cm³]<br />
mit:<br />
ρ m = Rohdichte der Asphaltprobe in g/cm 3<br />
r = Gesteinskörnungsanteil in M.-%<br />
B = Bindemittelanteil in M.-%<br />
ρ r = Rohdichte des Gesteinskörnungsgemisches in g/cm 3<br />
ρ 25 = Dichte des Bindemittels in g/cm 3<br />
Herstellung von Marshall-Probekörpern mit dem Marshall-Verdichtungsgerät nach<br />
TP A-StB, Teil 30<br />
Die Herstellung der Marshall-Probekörper erfolgt unter genormten Bedingungen: Der definiert<br />
temperierte Walzasphalt wird lose in eine festgelegte zylindrische Verdichtungsform<br />
aus Stahl mit einem Durchmesser von (101,6 ± 0,1) mm eingefüllt und durch ein Fallgewicht<br />
von 4.550 g aus 460 mm Höhe mit zweimal 50 Schlägen in festgelegter Zeitfolge verdichtet.<br />
Der Probekörper wird auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend ausgeformt.<br />
Raumdichte von Asphaltprobekörpern nach TP A-StB, Teil 6<br />
Als Messproben dienen Ausbaustücke (z.B. Bohrkerne) oder Marshall-Probekörper.<br />
Die Bestimmung der Raumdichte erfolgt nach dem Prinzip der Tauchwägung (Verfahren A<br />
und B) oder durch Ausmessen (Verfahren D).<br />
Vorgehensweise nach Verfahren A (Gussasphalt):<br />
Die Messproben werden unter Wasser und über Wasser gewogen. Mit den Massen der Proben<br />
ergibt sich:<br />
ρ<br />
bdry<br />
=<br />
ρ<br />
m<br />
W<br />
1<br />
⋅<br />
−<br />
m<br />
m<br />
1<br />
2<br />
[ g/cm<br />
3<br />
]<br />
mit:<br />
ρ bdry = Raumdichte der Messprobe trocken (dry) in g/cm 3<br />
m 1 = Masse der trockenen Probe in g<br />
m 2 = Masse der Probe in Wasser in g<br />
ρ W = Dichte des Wassers bei Prüfbedingungen (25 °C) in g/cm 3<br />
- SB 4-26 -
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Eisenbahnwesen<br />
Vorgehensweise nach Verfahren B (Asphaltbeton für Deck-, Binder-, Tragdeckschichten und<br />
Tragschichten unter Betondecken sowie Splittmastixasphaltmischgut):<br />
Die Messproben werden unter Wasser gewogen, anschließend abgetupft und über Wasser<br />
gewogen. Mit den Massen der Probe ergibt sich:<br />
ρ<br />
bssd<br />
=<br />
ρ<br />
m<br />
W<br />
3<br />
⋅ m<br />
− m<br />
1<br />
2<br />
[ g/cm<br />
3<br />
]<br />
mit:<br />
ρ bssd = Raumdichte der Messprobe durch SSD (saturated surface dry condition) in<br />
g/cm 3<br />
m 1 = Masse der trockenen Probe in g<br />
m 2 = Masse der Probe in Wasser in g<br />
m 3 = Masse der abgetupften Probe in g<br />
ρ W = Dichte des Wassers bei Prüfbedingungen (25 °C) in g/cm 3<br />
Vorgehensweise nach Verfahren D (offenporiger Asphalt und Asphaltbeton für Asphalttragschichten,<br />
außer Asphalttragschichten unter Betondecken):<br />
Die Messproben werden im trockenen Zustand gewogen, die Abmessungen bestimmt und<br />
das Volumen berechnet. Mit der Masse und dem Volumen ergibt sich:<br />
ρ<br />
m<br />
= [g/cm 3 ]<br />
V<br />
1 3<br />
bdim<br />
⋅10<br />
mit:<br />
ρ bdim = Raumdichte des Messprobe durch Ausmessen (dimension) in g/cm 3<br />
m 1 = Masse der trockenen Probe in g<br />
V = Durch Ausmessen berechnetes Volumen der Messprobe in cm 3<br />
Berechnung des Hohlraumgehaltes nach TP A-StB, Teil 8<br />
Der Hohlraumgehalt V entspricht dem Verhältnis des Hohlraumvolumens zum Ges<strong>am</strong>tvolumen<br />
eines Probekörpers oder Bohrkerns:<br />
ρb<br />
ρm<br />
− ρb<br />
V = (1−<br />
) ⋅100<br />
[Vol.-%] oder V = ⋅100<br />
[Vol.-%]<br />
ρ<br />
ρ<br />
m<br />
mit:<br />
V = Hohlraumgehalt der Probe in Vol.-%<br />
ρ m = Rohdichte des Asphaltmischguts in g/cm³<br />
ρ b = Raumdichte des Probekörpers oder der Ausbauprobe in g/cm³<br />
m<br />
- SB 4-27 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 4.28<br />
Rechenformeln zur Bestimmung der wesentlichen Kenngrößen<br />
des Asphaltes<br />
- SB 4-28 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Berechnung des fiktiven Hohlraumgehaltes nach den TP A-StB, Teil 8<br />
Der fiktive Hohlraumgehalt VMA für ein bindemittelfrei gedachtes Gesteinskörnungsgemisch<br />
ergibt sich zu:<br />
VMA<br />
ρ<br />
b<br />
= V + B ⋅ [Vol.-%]<br />
ρ<br />
25<br />
mit:<br />
VMA = Fiktiver Hohlraumgehalt der Probe in Vol.-%<br />
V = Hohlraumgehalt der Probe in Vol.-%<br />
ρ b = Raumdichte des Probekörpers oder der Ausbauprobe in g/cm³<br />
B = Bindemittelgehalt der Probe in M.-%<br />
ρ 25 = Dichte des Bindemittels bei T = 25 °C in g/cm³<br />
Für die Zus<strong>am</strong>mensetzung von Walzasphalt ist der Hohlraumgehalt von wesentlicher Bedeutung.<br />
Der Hohlraumgehalt bei Deckschichten muss<br />
- klein genug sein, um nach der Verdichtung unter 6 bis 7 Vol.-% zu bleiben, da sonst die<br />
Gefahr besteht, dass Wasser eindringt, und muss<br />
- groß genug sein, d<strong>am</strong>it der Hohlraumgehalt der fertigen Schicht auch nach Nachverdichtung<br />
durch Schwerverkehr nicht unter 2 Vol.-% sinkt, da sich das ungünstig auf die Verformungsbeständigkeit<br />
auswirken würde.<br />
Der fiktive Hohlraumgehalt wird zur Beurteilung von Asphaltgemischen herangezogen. Er<br />
nimmt bei gleicher Verdichtungsarbeit mit steigender Bindemittelmenge solange ab, bis die<br />
Gesteinskörnungen im Asphaltmischgut ihre dichteste Lagerung erreicht haben. Eine weitere<br />
Erhöhung des Bindemittelgehaltes führt zum Auseinanderdrücken des Gesteinskörnungsgemisches,<br />
d.h. zu einer Erhöhung des fiktiven Hohlraumgehaltes. Der d<strong>am</strong>it verbundene<br />
dickere Bindemittelfilm setzt die innere Reibung herab, wodurch eine höhere Verformbarkeit<br />
entsteht (Abbildung 4.29). Somit gibt es einen Bereich des optimalen Bindemittelgehaltes,<br />
der bei der Zus<strong>am</strong>mensetzung des Mischgutes eingehalten werden soll.<br />
- SB 4-29 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
VMA<br />
V<br />
Abbildung 4.29<br />
Fiktiver Hohlraumgehalt VMA und Hohlraumgehalt V in Abhängigkeit<br />
vom Bindemittelgehalt<br />
Berechnung des Hohlraumausfüllungsgrades nach den TP A-StB, Teil 8<br />
Auch der Hohlraumausfüllungsgrad VFB dient der Beurteilung von Asphaltgemischen z.B. im<br />
Rahmen der Erstprüfung:<br />
VFB<br />
ρb<br />
(B ⋅ )<br />
ρ B<br />
25<br />
V ⎛ V ⎞<br />
= ⋅ 100 = ⋅ 100 = ⎜1<br />
− ⎟ ⋅100<br />
[%]<br />
VMA VMA ⎝ VMA ⎠<br />
mit:<br />
VFB = Hohlraumausfüllungsgrad des Probekörpers in %<br />
ρ b = Raumdichte des Probekörpers oder der Ausbauprobe in g/cm³<br />
B = Bindemittelgehalt der Probe in M.-%<br />
ρ 25 = Dichte des Bindemittels bei T = 25 °C in g/cm³<br />
B V = Bindemittelvolumen des Probekörpers in Vol.-%<br />
VMA = Fiktiver Hohlraumgehalt in Vol.-%<br />
Berechnung des Verdichtungsgrades k nach den TP A-StB, Teil 8<br />
Die Anforderungen an die Verdichtung müssen eingehalten werden, um einen ausreichenden<br />
Verformungswiderstand zu gewährleisten. Der Verdichtungsgrad k lässt sich wie folgt<br />
berechnen:<br />
- SB 4-30 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
ρb,c<br />
k = ⋅100<br />
[%]<br />
ρ<br />
b,i<br />
mit:<br />
k = Verdichtungsgrad in %<br />
ρ b,c = Raumdichte des Probekörpers aus der eingebauten Schicht in g/cm³<br />
ρ b,i = Raumdichte des im Labor hergestellten Marshall-Probekörpers g/cm³<br />
Bestimmung des Bindemittelgehalts nach TP A-StB, Teil 1<br />
Zur Bestimmung des Bindemittelgehaltes wird das Bindemittel aus Asphaltmischgut wiedergewonnen.<br />
Mit dem rückgewonnen Bindemittel können weiterer Untersuchungen durchgeführt<br />
werden. Die dabei wiedergewonnenen Gesteinskörnungen können ebenfalls weiter<br />
untersucht werden.<br />
Zur Bestimmung des Bindemittelgehaltes werden folgende Arbeitsschritte durchgeführt:<br />
- Erwärmung des Mischgutes und Teilung der Probe bis der Mischgutrest ungefähr der<br />
Probemenge entspricht (1.100 g)<br />
- Wiegen der Asphaltprobe<br />
- Extraktion des Bindemittels und Rückgewinnung der Gesteinskörnungen durch Lösungsmittelwäsche<br />
(Lösungsmittel: Trichlorethylen). Das bitumenhaltige Lösemittel<br />
wird vollständig ges<strong>am</strong>melt und zur Rückgewinnung des Bindemittels abgelassen.<br />
- Berechnung des löslichen Bindemittelgehalts:<br />
B<br />
lös<br />
m1<br />
− m2<br />
= ⋅100<br />
[M.-%]<br />
m<br />
1<br />
mit:<br />
B lös = Löslicher Bindemittelgehalt in M.-%<br />
m 1 = Einwaage der (trockenen) Messprobe in g<br />
m 2 = Masse der wiedergewonnenen Gesteinskörnungen in g<br />
Anhand eines Erfahrungswertes kann der Gehalt an unlöslichem Bindemittel B mit berechnet<br />
werden:<br />
B unl = 0,014 · F + 0,1 [M.-%]<br />
mit:<br />
B unl = Unlösliches Bindemittel in M.-%<br />
F = Feinanteil < 0,063 mm im Gesteinskörnungsgemisch<br />
- SB 4-31 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Der Ges<strong>am</strong>tbindemittelgehalt [M.-%] ergibt sich nun aus der Summe des löslichen Bindemittels<br />
und des Zuschlags für das unlösliche Bindemittel.<br />
Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN EN 933, Teil 1<br />
Das Untersuchungsverfahren dient zur Bestimmung der Korngrößenverteilung von Gesteinskörnungen<br />
oder Gesteinskörnungsgemischen, das Ergebnis ist die Sieblinie.<br />
Zur Bestimmung der Korngrößenverteilung werden folgende Arbeitsschritte durchgeführt:<br />
- die getrockneten Gesteinskörnungen werden bis zur Probemenge (1.500 g) geteilt<br />
und anschließend gewogen<br />
- die Gesteinskörnungen werden in einen Siebsatz gegeben (Beispiel Maschenweiten<br />
0,063 / 0,125 / 2 / 5,6 / 8 / 11,2 / 16 / 22,4 / 31,5 / 45 mm) der auf einem Schüttelapparat<br />
befestigt ist und das Siebgut ca. 15 min vorsiebt<br />
- die einzelnen Siebe werden von Hand nachgesiebt<br />
- der Siebrückstand auf den Sieben und auf dem Boden ist durch Wägung festzustellen.<br />
Aus den Mengen der einzelnen Korngruppen sind die Massenanteile, bezogen<br />
auf die Einwaage, zu berechnen und anschließend die Sieblinie grafisch darzustellen.<br />
Eindringtiefe an Gussasphaltwürfeln nach TPA-StB, Teil 20<br />
Zur Herstellung der Probekörper wird der vorgewärmte Gussasphalt in eine festgelegte Herstellform<br />
eingefüllt und eingest<strong>am</strong>pft. Der auf Raumtemperatur abgekühlte Probekörper wird<br />
anschließend ausgeformt.<br />
Die Eindringtiefe wird wie folgt bestimmt: Der Probewürfel wird unter genormten Bedingungen<br />
eine definierte Zeit mit einem Stempel belastet (Abbildung 4.30). Die Länge der Zeit<br />
richtet sich nach dem Verwendungszweck (zwischen 30 und 120 Minuten). Als Ergebnis<br />
erhält man eine Zeit-Eindring-Kurve (Abbildung 4.31). Je größer die Eindringtiefe ist, desto<br />
empfindlicher ist der Gussasphalt gegen statische Dauerbelastungen.<br />
- SB 4-32 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 4.30<br />
Eindringtiefe an Gussasphaltwürfeln<br />
Abbildung 4.31<br />
Zeit-Eindring-Kurve bei der Prüfung von Gussasphalt<br />
Marshall-Stabilität und -Fließwert nach TP A-StB, Teil 34<br />
Die Stabilität und der Fließwert nach Marshall werden als Kenngrößen für den Widerstand<br />
von Asphalt gegen mechanische Beanspruchung bestimmt. Der zylindrische Probekörper<br />
wird hierfür in einer Druckvorrichtung unter genormten Bedingungen über die Höchstkraft<br />
hinaus verformt (Abbildung 4.32). Als Ergebnis erhält man ein Kraft-Verformungs-Diagr<strong>am</strong>m.<br />
Daraus kann das Druckmaximum, die sog. Marshall-Stabilität, und die dazugehörige Verformung,<br />
der Marshall-Fließwert, abgelesen werden (Abbildung 4.33).<br />
- SB 4-33 -
Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen<br />
- Teil: Straßenbautechnik -<br />
Institut für Straßenund<br />
Eisenbahnwesen<br />
Abbildung 4.32<br />
Druckvorrichtung nach Marshall<br />
Abbildung 4.33<br />
Kraft-Verformungs-Diagr<strong>am</strong>m bei der Prüfung von Walzasphalt<br />
4.5 Verständnisfragen<br />
‣ Wie unterscheiden sich Gussasphalt und Walzasphalt?<br />
‣ Welche Gemeins<strong>am</strong>keiten, aber auch welche Unterschiede weisen Asphaltbinder und<br />
-deckschichten auf?<br />
‣ Was qualifiziert den Splittmastixasphalt als Baustoff für besondere Einsatzbereiche?<br />
Welche sind dies?<br />
‣ Welchen Anforderungen müssen Asphaltschichten prinzipiell genügen?<br />
‣ Warum kommt dem Hohlraumgehalt im verdichteten Asphalt eine entscheidende Rolle<br />
zu?<br />
‣ Wie wird der optimale Bindemittelgehalt einer Asphaltmischgutzus<strong>am</strong>mensetzung bestimmt?<br />
- SB 4-34 -