Bachelorarbeit - aktuell -...

Vorwort

I

Aufgabenstellung

Vorwort

II

Vorwort

Die vorliegende Arbeit entstand während meines dualen Bachelorstudiums im Bauingeni-eurwesen mit Vertiefungsrichtung Gleisbau an der Fachhochschule Erfurt.

Mein Dank gilt dem Fachbereich Bauingenieurwesen, insbesondere Herrn Prof. Dr.-Ing. Steffen Riedl für die Übernahme der Erstbetreuung und das Einverständnis, meine Ba-chelorarbeit unter seiner Obhut anfertigen zu dürfen.

Weiter möchte ich mich ganz speziell bei Herrn Dipl.-Ing. Lutz Fenchel bedanken, der mir das Thema der Arbeit zur Verfügung stellte und die Möglichkeit gab, es seinem Ingenieur-büro bearbeiten zu können. Ebenfalls gilt hier der Dank Frau Dr.-Ing. Steffi Schilling und Herrn Dipl.-Ing. (FH) Florian Kelb von „Ingenieurdienste Fenchel“, welche mir während des Zeitraumes der Erstellung mit Rat und Tat zur Seite standen, mich auf Baustellen be-gleiteten und mir bei der Einarbeitung in das Fachgebiet eine wichtige Hilfestellung waren.

Ferner danke ich der „EHL AG“, welche mir mit Produktübersichten, Preislisten und Stati-ken ihrer Produktpalette „Stützwinkel glatt“ behilflich war.

An dieser Stelle habe ich auch besonderen Dank an mein Förderunternehmen „TS Bau GmbH, NL Jena“ auszusprechen. Hier speziell dem Geschäftsbereich Gleisbau unter Füh-rung von Herrn Dipl.-Ing. René Hähnert, aber auch Herrn Dipl.-Ing. (FH) Maik Brandl, Herrn Nico Hundack, sowie der Geschäftsleitung und allen weiteren Mitarbeitern, die mir während meiner gesamten Ausbildung vollstes Vertrauen entgegengebracht haben und mich in jeder Hinsicht nach besten Möglichkeiten zu unterstützen wussten.

Von ganzem Herzen danke ich ebenfalls meiner Familie für ihre fortwährende Unterstüt-zung, die mir besonders in der Zeit während meines Studiums eine große Hilfe war.

Erfurt im September 2012

Benjamin Kuno

Inhaltsverzeichnis

III

Inhaltsverzeichnis

Aufgabenstellung .................................................................................................................... I Vorwort .................................................................................................................................. II Inhaltsverzeichnis ................................................................................................................. III Abbildungsverzeichnis .......................................................................................................... VI Tabellenverzeichnis ............................................................................................................. VII Abkürzungsverzeichnis ....................................................................................................... VIII

1 EINLEITENDE DARSTELLUNG ............................................................................ 1

1.1 Erklärung der Problematik .................................................................................... 1

1.2 Zielstellung ............................................................................................................ 2

1.3 Vorgehensweise .................................................................................................... 3

2 ALLGEMEINE ERLÄUTERUGEN .......................................................................... 4

2.1 Erklärung wichtiger Begrifflichkeiten .................................................................. 4

2.2 Anordnung von Randwegen ................................................................................. 8

2.3 Breite der Randwege ............................................................................................. 9

2.4 Absturzsicherungen .............................................................................................. 9

2.5 Gegenüberstellung bestehender Möglichkeiten zur Ausführung von Randwegkonstruktionen nach der Ril 836 ................................................................. 10

2.5.1 Pfosten mit Ausfachungen ......................................................................... 10

2.5.2 Geogitterbewehrte Randwegstützkörper .................................................... 12

2.5.3 Rammträger aus Altschienen mit Ausfachungen ........................................ 13

2.5.4 Erhöhung eines vorhandenen Stützbauteils ............................................... 15

3 DARSTELLUNG VERSCHIEDENER VARIANTEN ALS BERECHNUNGSGRUNDLAGE ................................................................................ 16

3.1 Beschreibung Planungsgrundlagen .................................................................. 16

3.2 Beschreibung geplanter Varianten .................................................................... 18

4 BERECHNUNG DER EINWIRKENDEN LASTEN ............................................... 20

4.1 Allgemeine Beschreibungen .............................................................................. 20

4.1.1 Regelungen zur Berechnung der jeweiligen Lasten ................................... 20

4.1.2 Annahmen für die Berechnung .................................................................. 22

4.1.3 Prinzipdarstellung ...................................................................................... 24

4.2 Planungsvariante A1 ........................................................................................... 26

4.2.1 Horizontale Belastungen ............................................................................ 26

4.2.2 Vertikale Belastungen ................................................................................ 28


Inhaltsverzeichnis

IV



4.4 Planungsvariante B1 ........................................................................................... 32






5 BEMESSUNG UND KONSTRUKTIVE DURCHBILDUNG DER FERTIGTEILELEMENTE .......................................................................................... 39

6 FÜHREN GEOTECHNISCHER NACHWEISE ..................................................... 40

6.1 Allgemeine Beschreibungen .............................................................................. 40

6.1.1 Nachweis der Gleitsicherheit ...................................................................... 41

6.1.2 Nachweis der Sicherheit gegen Kippen ..................................................... 41

6.1.3 Sohlspannungsnachweis ........................................................................... 42

















7 KALKULATION DER KOSTEN VERSCHIEDENENER VARIANTEN .................. 49

8 KLÄREN VON VOR- UND NACHTEILEN ............................................................ 54

9 FAZIT ................................................................................................................... 57

Anhang A .............................................................................................................................. IX

Anhang B ........................................................................................................................... XVI Literaturverzeichnis ........................................................................................................ XXXVI Inhalt der CD Rom ........................................................................................................ XXXVII

Inhaltsverzeichnis

V

Eigenständigkeitserklärung .......................................................................................... XXXVIII

Abbildungsverzeichnis

VI

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Regelzeichnung eines eingleisigen Streckenquerschnittes ................................. 1

Abbildung 2: Regellichtraum nach EBO ................................................................................... 5

Abbildung 3: Lichtraumprofil GC bei Radien r ≥ 250 m ............................................................. 6

Abbildung 4: Prinzipdarstellung Aufbau eines Bahndammes ................................................... 6

Abbildung 5: Lastmodell 71 ...................................................................................................... 7

Abbildung 6: Vereinfachtes Lastbild LM 71 .............................................................................. 7

Abbildung 7: Prinzipdarstellung Verteilung Druckbereich ......................................................... 8

Abbildung 8: Randwegkonstruktionen aus Pfosten mit Ausfachungen ..................................... 11

Abbildung 9: Randwegkonstruktionen aus geogitterbewehrten Stützkörpern ........................... 12

Abbildung 10: Randwegkonstruktionen aus Altschienen mit Ausfachung ................................. 14

Abbildung 11: Randwegkonstruktion mittels Erhöhens eines vorh. Stützenbauwerkes ............ 15

Abbildung 12: Dammfuß am km 1,400 ..................................................................................... 16

Abbildung 13: Dammkopf am km 1,400 ................................................................................... 17

Abbildung 14: Prinzipdarstellung Erddruck aus Eisenbahnverkehrslasten ............................... 20

Abbildung 15: Verteilung von horizontalen Einzellasten ........................................................... 21

Abbildung 16: Prinzipdarstellung einwirkende Lasten .............................................................. 24

Abbildung 17: Angriffspunkte horizontaler Belastungen (A1).................................................... 27

Abbildung 18: Angriffspunkte vertikaler Belastungen (A1) ........................................................ 28

Abbildung 19: Angriffspunkte horizontaler Belastungen (A2).................................................... 30

Abbildung 20: Angriffspunkte vertikaler Belastungen (A2) ........................................................ 31

Abbildung 21: Angriffspunkte horizontaler Belastungen (B1).................................................... 33

Abbildung 22: Angriffspunkte vertikaler Belastungen (B1) ........................................................ 35

Abbildung 23: Angriffspunkte horizontaler Belastungen (B2).................................................... 37

Abbildung 24: Angriffspunkte vertikaler Belastungen (B2) ........................................................ 38

Abbildung 25: Prinzipdarstellung Kippen .................................................................................. 41

Abbildung 26: Ergebnis kalkulierter Kosten bezogen auf 1,00 m Länge ................................... 52

Abbildung 27: Randwegkonstruktion aus Altschienen (Negativbeispiel) ................................... 54

Tabellenverzeichnis

VII

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Zusammenfassung horizontaler Belastungen (A1) .................................................. 27

Tabelle 2: Zusammenfassung vertikaler Belastungen (A1) ...................................................... 28

Tabelle 3: Zusammenfassung horizontaler Belastungen (A2) .................................................. 30

Tabelle 4: Zusammenfassung vertikaler Belastungen (A2) ...................................................... 31

Tabelle 5: Zusammenfassung horizontaler Belastungen (B1) .................................................. 34

Tabelle 6: Zusammenfassung vertikaler Belastungen (B1) ...................................................... 35

Tabelle 7: Zusammenfassung horizontaler Belastungen (B2) .................................................. 37

Tabelle 8: Zusammenfassung vertikaler Belastungen (B2) ...................................................... 38

Tabelle 9: Berechnung Stärke und Breite der Bodenauffüllung ................................................ 51

Abkürzungsverzeichnis

VIII

Abkürzungsverzeichnis

DB Deutsche Bahn AG

EBA Eisenbahn-Bundesamt

EBO Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung

EPL Erdplanum

Indusi Induktive Zugbeeinflussung

OK Oberkante

PSS Planumsschutzschicht

Ril Richtlinie der DB (in modularer Form)

SO Schienenoberkante

SwO Schwellenoberkante

UIC Union internationale des chemins de fer (internationaler Eisenbahnverband)

UiG Unternehmensinterne Genehmigung

UK Unterkante

ZiE Zustimmung im Einzelfall

Einleitende Darstellung

1

1 EINLEITENDE DARSTELLUNG

1.1 Erklärung der Problematik

Der Regelaufbau für Haupt- und Nebenbahnen der DB sieht nach der Ril 8001 vor, dass von der Gleisachse aus gemessen ein Gefahrenbereich freigehalten wird, in dem sich im Allgemeinen keinerlei Einbauten befinden dürfen. Ausnahmen werden bei gewissen Randbedingungen zugelassen und werden im Abschnitt 2.2 noch einmal näher beschrie-ben. Zusätzlich zu diesem Gefahrenbereich ist ein Sicherheitsraum, dessen Funktionen im Abschnitt 2.2 ebenfalls näher erläutert werden, zu gewährleisten.

Zur Veranschaulichung des üblichen Aufbaus folgt die Regelzeichnung eines eingleisigen Streckenquerschnitts für Richtgeschwindigkeiten von bis zu 160 km/h aus der Ril 800.

Abbildung 1: Regelzeichnung eines eingleisigen Streckenquerschnittes2

1 Vgl.: Ril 800.0130 (gültig ab 01.02.1997) 2 Quelle: Ril 800.0130 (gültig ab 01.02.1997), Anhang 3, S.310


2

Hierbei ist zu erkennen, dass sich im Regelfall aufgrund der Breite des Gefahrenbereiches von 2,50 m und der des Sicherheitsraumes von 0,80 m eine Planumsbreite von mindes-tens 3,30 m je Seite ergibt. Die Problematik bei Bestandsstrecken ist jedoch, dass auf-grund möglicher geringerer Anforderungen bei der Herstellung eine solche Planumsbreite nicht immer gegeben ist.

Ebenso kann die Breite eines bestehenden Planums nicht mehr ausreichend sein, sobald mit einer Erhöhung der Streckenkategorie, im Zuge der Verbesserung eine Erhöhung der zulässig gefahrenen Höchstgeschwindigkeit, einhergeht. Bei der Erhöhung der Richtge-schwindigkeit von beispielsweise 160 km/h auf 200 km/h, erhöht sich ebenfalls der Gefah-renbereich um 0,50 m, was eine Verbreiterung des gesamten Planums mit sich bringt.

Da ein Sicherheitsraum für das an der Bahn arbeitende Personal aber unverzichtbar ist, muss dieser zwingend in Form eines Randweges vorhanden sein. Im ebenen Gelände können diese Randwege direkt neben der Bettung der äußeren Gleise installiert werden und sind wenig problematisch herzustellen.

Im Gegensatz dazu müssen aber im abschüssigen Gelände, oder bei örtlichen Gegeben-heiten, die nicht angepasst werden können, Maßnahmen ergriffen werden, um die gefor-derte Randwegbreite trotzdem zu gewährleisten. Für diese Fälle besteht die Möglichkeit, Randwegkonstruktionen nach der Ril 836 herzustellen.

Die Problematik dieser Konstruktionen ist jedoch, dass sie zum Teil nur bei bestimmten Streckenkategorien eingebaut werden dürfen, oder andernfalls zusätzliche Prüfungen be-nötigen. Zwar gibt es Arten von Konstruktionen, die allgemein auch höheren Anforderun-gen genügen, diese sind jedoch sehr zeit- und kostenaufwendig in der Herstellung. Zur Veranschaulichung werden diese im Abschnitt 2.5 näher beschrieben.

1.2 Zielstellung

Ziel dieser Arbeit soll daher sein, zu ermitteln, ob und unter welchen Randbedingungen die Verwendung von Betonfertigteilen in L-Form als Randwegkonstruktion allgemein als sinnvoll betrachtet werden kann. Es soll geklärt werden, welche Einflussgrößen relevant sind, um solch eine Version schneller, mit geringerem Aufwand und somit wirtschaftlicher herzustellen. Im Zuge dessen sollen auch Vor- und Nachteile zu bestehenden Varianten nach der Ril 836 aufgezeigt werden.

Des Weiteren soll die Grundlage dafür geschaffen werden, perspektivisch eine solche Konstruktionsvariante unter vereinbarten Parametern ohne ZiE und UiG der DB, sowie ohne das Führen von weiteren inneren und äußeren Tragfähigkeitsnachweisen verwen-den zu dürfen.

Allgemein muss angemerkt werden, dass sich die Zielstellung dieser Arbeit im Rahmen der Erarbeitung teilweise geändert hat. So lag das anfängliche Hauptaugenmerk auf der grundlegenden Bemessung und konstruktiven Durchbildung der Fertigteilelemente. Als jedoch festzustellen war, dass mit der EHL AG bereits eine Firma Stützwinkel für die Verwendung im Bundesbahnbereich anbietet, erübrigte sich dieser Schritt. Die primäre


3

Zielstellung verschob sich dadurch auf den Nachweis der äußeren Standsicherheit, sowie die Kalkulation der Kosten für die Herstellung und somit einen Wirtschaftlichkeitsvergleich.

1.3 Vorgehensweise

Nach einer Erläuterung der Problematik und Zielstellung der Arbeit, erfolgt im zweiten Ab-

schnitt die allgemeine Erläuterung wichtiger Begrifflichkeiten. Außerdem wird in dem Kapi-

tel zwei auf spezielle Eigenschaften zu den Randwegen eingegangen. Des Weiteren wer-den die verschiedenen Möglichkeiten von Randwegkonstruktionen nach der Ril 836 detailliert beschrieben.

Der dritte Abschnitt befasst sich vorwiegend mit Varianten und Gegebenheiten von Gleis-aufbauten, die als Grundlage der Planung und Bemessung dienen sollen. Dafür werden zwei Bestandvarianten gewählt, für die jeweils eine Neubauvariante mit einem Regelauf-bau und eine mit minimalem Randweg betrachtet werden. Der Fokus liegt dabei auf Randwegkonstruktionen mit Stützwinkeln verschiedener Höhen.

Darauf aufbauend werden im Abschnitt vier für die einzelnen Planungsvarianten ankom-mende Lasten berechnet, mit denen anschließend im fünften Kapitel die Bemessung und konstruktive Durchbildung der Betonfertigteile beschrieben wird.

Aufgrund der Tatsache, dass die geplante Konstruktion zur Sicherung von Randwegen nicht den allgemeinen Regeln nach der Ril 836 entspricht, werden im sechsten Abschnitt alle geotechnischen Nachweise beschrieben, die die äußere Tragfähigkeit und die Aus-wirkungen auf die Gesamtsandsicherheit bewerten. Zusätzlich wird der Gleit-, Kipp- und Sohlspannungsnachweis für alle vier geplanten Varianten geführt.

Um einen Vergleich der Kosten für die Herstellung tätigen zu können, werden im siebten

Abschnitt die Preise hierfür kalkuliert. Verglichen werden dabei drei verschiedene Ausfüh-rungsvarianten für jeweils drei zu stützende Höhen.

Im achten Abschnitt sollen, unter Betrachtung konstruktiver, wirtschaftlicher und bauab-lauftechnischer Bedingungen, die Vor- und Nachteile der geplanten Varianten beschrie-ben werden, um abschließend im neunten Kapitel ein Gesamturteil bilden zu können. Ebenfalls wird im letzten Abschnitt ein Ausblick gegeben.

Allgemeine Erläuterungen

4

2 ALLGEMEINE ERLÄUTERUGEN

2.1 Erklärung wichtiger Begrifflichkeiten

Zum allgemeinen Verständnis werden folgend häufig verwendete bahnspezifische Begriffe noch einmal näher beschrieben.

• Hauptbahn: Regelungen, welche Strecken als Haupt-, oder Nebenbahnen anzu-sehen sind, werden in der EBO getroffen. Hauptbahnen sind danach Strecken, auf denen eine zulässige Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h für Reisezüge gilt, wenn keine Zugbeeinflussung vorhanden ist. Sobald eine punktförmige Zugbeein-flussung (Indusi) verfügbar sein sollte, darf die Geschwindigkeit auf maximal 160 km/h erhöht werden. Sollen größere Geschwindigkeiten gefahren werden, ist eine sogenannte Linienzugbeeinflussung (LZB) von Nöten. In diesem Falle dürfen Rei-sezüge eine Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h fahren. Mit Ausnahmegenehmi-gungen der DB, können die Geschwindigkeiten für Schnellfahrstrecken auf bis zu 300 km/h angehoben werden. Güterzüge mit punktförmiger Zugbeeinflussung dür-fen auf Hauptstrecken in der Regel mit einer Geschwindigkeit von 120 km/h ver-kehren.3

• Nebenbahn: Auf Nebenbahnen beträgt die zulässige Höchstgeschwindigkeit für Reise- und Güterzüge im Allgemeinen 80 km/h. Diese darf auf 100 km/h erhöht werden, wenn bestimmte Voraussetzungen gegeben sind. So muss ein Strecken-block existieren und die Zugfolgestellen fernmeldetechnisch miteinander verbun-den sein. Des Weiteren muss ein Bremsweg von 1000 m zur Verfügungen stehen und der Zugleitbetrieb mit technischen Einrichtungen erfolgen.4 In der EBO sind ebenfalls zusätzliche Alleinstellungsmerkmale beschrieben, die den Unterschied zwischen Haupt- und Nebenbahnen verdeutlichen. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass Nebenbahnen aufgrund ihres niedrigeren Ausbaustandards auch ge-ringere Streckengeschwindigkeiten zulassen.

• Regellichtraum: Als Regellichtraum wird nach EBO derjenige Raum bezeichnet, der unter Berücksichtigung von Lagetoleranzen des Gleises, sowie horizontalen und vertikalen Bewegungen von Schienenfahrzeugen freizuhalten ist, um in jedem Falle den sicheren Eisenbahnbetrieb zu gewährleisten. Bei Neubauten von Eisen-bahnen mit Normalspur ist die folgende Anlage verbindlich.

3 Vgl.: Freystein, 2005, S.73 f. 4 Vgl.: Freytein, 2005, S.74


5

Abbildung 2: Regellichtraum nach EBO5

• Lichtraumprofil der DB: Für Strecken der Deutschen Bahn AG sind spezielle Lichtraumprofile eingeführt worden. Diese gründen auf dem Regellichtraumprofil der EBO, sehen demgegenüber jedoch eine Verbeiterung vor und bilden damit den europäischen Standard für grenzübergreifenden Verkehr. Zur Veranschauli-chung folgt das „Lichtraumprofil GC“ der DB für Gleisradien von 250 m und mehr. Sollten die Gleisradien im Bogen unter 250 m liegen, wären spezielle Grenzlinien nach der EBO6 zu ermitteln.

5 Quelle: EBO, Stand 25.07.2012, Anlage 1 (zu §9) 6 Vgl.: EBO, Stand 25.07.2012, Anlage 2 (zu §9)


6

Abbildung 3: Lichtraumprofil GC bei Radien r ≥ 250 m7

• Planum: Als Planum wird die Oberkante der Planumsschutzschicht eines Gleisun-terbaus bezeichnet. In der Regel ist eine Neigung von 1:20 einzubauen, um den Abfluss von Wasser zu gewährleisten. Die Breite des Planums ergibt sich bei ein-geleisigen Strecken aus der Summe der Breite des Gefahrenbereiches und der des Sicherheitsraumes auf beiden Seiten. Diese Planumsbreiten sind in der Ril 8008 für jegliche Streckenquerschnitte und Richtgeschwindigkeiten beschrieben. Folgend wird prinzipiell der Aufbau eines Bahndammes gezeigt, um zu veran-schaulichen an welcher Stelle das Planum zu finden ist und wie sich die Breite dessen zusammenstellt.

Abbildung 4: Prinzipdarstellung Aufbau eines Bahndammes9

7 Quelle: Ril 800.0130 (gültig ab 01.02.1997), Bild 1 8 Vgl.: Ril 800.0130 (gültig ab 01.02.1997) 9 Quelle: Eigene Darstellung


7

• Lastmodell 71: Zur Bemessung für Gleise und deren Ober-, sowie Unterbauten ist ein allgemeines Lastmodell entwickelt worden, welches die normale statische Be-lastung abbildet, die aus dem Eisenbahnverkehr entsteht. Diese kann über einen Klassifizierungsfaktor 0,75 ≤ α ≤ 1,33 an leichteren bzw. schwereren Verkehr an-gepasst werden.

Abbildung 5: Lastmodell 7110

• Vereinfachtes Lastbild LM 71: „Anstelle der Einzellasten des Lastbildes LM 71 darf bei Erdkörpern (z.B. Dämmen) und Stützbauwerken außerhalb des Nahberei-ches von Gleisen […] für die Ermittlung von Beanspruchungen aus Eisenbahnver-kehrslasten eine Ersatzstreifenlast angenommen werden. Die Ersatzstreifenlast ist mit einer Spannungsordinate von 52,00 kN/m² und einer Breite von 3,00 m in einer Belastungsebene, die 0,70 m unter SO liegt (entsprechend einer Überschüttungs-höhe hÜ = 0,50 m), anzunehmen.“11

Abbildung 6: Vereinfachtes Lastbild LM 7112

• Druckbereich der Bahn: Als Druckbereich der Bahn versteht man den Teil des Bodens bzw. Überschüttung, in dem Spannungen infolge von Eisenbahnverkehrs-lasten auftreten. Dieser ist linear begrenzt und kann in einen inneren, sowie einen äußeren Druckbereich unterschieden werden. Zur Veranschaulichung folgt eine

10 Quelle: DIN-Fb. 101, Abbildung 10 11 Quelle: Ril 836.2001 (gültig ab 01.10.2008) 12 Quelle: Ril 836.0300 (gültig ab 20.12.1999), Bild 1


8

schematische Darstellung angelehnt an den vereinfachten Lastansatz des Last-modells 71 nach der Ril 83613.

Abbildung 7: Prinzipdarstellung Verteilung Druckbereich14

Für Tragwerke, die den inneren Bereich tangieren, welcher sich unter einer Nei-gung von 2:1 ausbreitet, ist davon auszugehen, dass für die Bemessung veränder-liche Lasten als überwiegend nicht ruhend anzunehmen sind. Dies gilt insbesonde-re für die Bauteilwiederstände. Dementgegen darf für den äußeren Druckbereich, welcher sich unter einer Neigung von 1:1 ausbreitet, angenommen werden, dass eine Berücksichtigung der Belastung aus dem Eisenbahnverkehr als veränderliche quasi ständige Last erfolgen darf. Beide Druckbereiche wirken bis in eine Tiefe von 5,00 m unter der Belastungsebene, was einer überschütteten Höhe von 5,50 m entspricht.15

• Bahnrechts / Bahnlinks: Zur einfacheren Orientierung ist bahnrechts, sowie bahnlinks, oder auch rechts und links der Bahn genau vereinbart. Diese Bezeich-nungen beziehen sich auf die aufsteigende Kilometrierung einer Strecke der DB. So werden auch Querprofile mit Blickrichtung in aufsteigender Kilometrierung ge-zeichnet, womit sich die Seite links der Gleisachse zur bahnlinken und die rechts der Achse zur bahnrechten Seite ergeben.

2.2 Anordnung von Randwegen

Randwege dienen im Allgemeinen zur Sicherheit des an der Bahn arbeitenden Personals bei Inspektionen und Instandhaltungsarbeiten während der Vorbeifahrt von Zügen. Des Weiteren haben sie einen nicht zu unterschätzenden Anteil an der Abtragung von Lasten

13 Vgl.: Ril 836.2001 (gültig ab 01.10.2008), Bild 1 14 Quelle: Eigene Darstellung 15 Vgl.: Ril 836.2001 (gültig ab 01.10.2008)


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aus dem Eisenbahnbetrieb und der Erhaltung der Lagestabilität des Gleises. Außerdem können sie zur vorübergehenden Lagerung von Arbeitsgeräten und Baumaterialien ge-nutzt werden.

Aus diesen Gründen sind Randwege bei eingleisigen Strecken auf beiden Seiten der Gleisbettung, bei mehrgleisigen Stecken neben der Bettung der äußeren Gleise und in Bahnhöfen neben den äußeren Gleisen, ausgenommen im Bereich von Bahnsteigen, an-zuordnen.

Zudem ist anzumerken, dass Einbauten in Randwegen im Höhenbereich von 0 bis 2,20 m über Weg-Oberkante unzulässig sind, sofern es sich nicht um Oberleitungsmaste, Signa-le, Schalteinrichtungen, sowie rangiertechnische Einrichtungen, oder Sprechstellen han-delt.16

2.3 Breite der Randwege

Allgemein ist zu sagen, dass sich die Breite der Randwege als Differenz der Maße zwi-schen Planumskante und dem Schotterbett-Fußpunkt ergibt.

Die Breite sollte bei Haupt- und Nebenbahnen der DB 0,80 m und bei S-Bahnen 0,60 m nicht unterschreiten, darf bei abgeböschtem Schotterbett im Fußbereich jedoch bis auf 0,55 m verringert werden. Dies sollte jedoch aufgrund der in Abschnitt 2.2 genannten Funktionen vermieden werden.17

2.4 Absturzsicherungen

Um dem Sicherheitsanspruch der DB gerecht zu werden, müssen bei Randwegen mit an-schließend abfallenden Böschungen von mehr als 45 Grad Neigung und auf Stützwänden, Sicherungen gegen Absturz vorgesehen werden, sobald die Absturzhöhe mehr als 1,00 m beträgt.

Verschärftere Bestimmungen gelten zudem für Randwegkonstruktionen mit Pfosten, bei denen bereits ab einer Absturzhöhe von mehr als 0,60 m Sicherungsmaßnahmen in Form eines Geländers getroffen werden müssen.18

Diese Geländer sollen einen Holm in der Höhe von 1,00 m und einen Zwischenholm in der Höhe von 0,50 m besitzen, um die Horizontalkräfte, welche in der Ril 83619 beschrieben sind, aufnehmen zu können.

16 Vgl.: Ril 800.0130 (gültig ab 01.02.1997) 17 Vgl.: Ril 800.0130 (gültig ab 01.02.1997) 18 Vgl.: Ril 836.4301 (gültig ab 01.10.2008), Ril 836.0511 (gültig ab 20.12.1999a) 19 Vgl.: Ril 836.0300 (gültig ab 20.12.1999a)


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2.5 Gegenüberstellung bestehender Möglichkeiten zur Ausführung von Randwegkonstruktionen nach der Ril 836

Die folgenden Randwegkonstruktionen sind Varianten nach der Ril 836 und beschreiben Bauwerke für dauernde und zeitlich begrenzte Zwecke. Sie sind konstruktiv dimensionier-te Stützmaßnahmen nach bewährten Verfahren mit vereinfachten statischen Nachweisen. Sie sollen an bestehenden Dämmen angewendet werden und dienen der Stützung von Randwegen als Sicherheitsräumen nach der Ril 80020. Allgemein ist anzumerken, dass bei einer Stützhöhe unter 0,30 m der Einsatz von Randwegkonstruktionen in der Regel wirtschaftlich nicht vertretbar ist und durch weniger aufwendige Verfahren ersetzt werden sollte.

Zusätzlich dürfen diese Randwegkonstruktionen nur bei Streckenkategorien unter P/M 160 I/II21 angewendet werden. Dies beinhaltet schnellen Schienenpersonenfernverkehr, Mischverkehr, Güterverkehr und Schienenpersonennahverkehr mit Geschwindigkeiten von weniger als 160 km/h. Für diese Streckenstandards sind die aufgeführten Ausfüh-rungsvarianten in der Ril 83622 so dimensioniert, dass eine bemessungswirksame Beein-flussung der Gesamtstandsicherheit der Böschungen (äußere Tragfähigkeit) nicht ent-steht. Eine ausreichende Standsicherheit der vorhandenen Dammböschung muss in jedem Fall trotzdem gegeben sein. Sollte dies nicht zutreffen, sind zusätzliche Maßnah-men zur Erhöhung einer Solchen zu ergreifen. Alternativ können auch Ersatzmaßnahmen mit Stützkonstruktionen nach der Ril 83623 angewendet werden.

Sofern eine qualitative Beurteilung der Böschungsstandsicherheit als nicht ausreichend angesehen wird und eine rechnerische Untersuchung durchgeführt werden soll, können diese Berechnungen jedoch nur als Nachweise angenommen werden, wenn die objekt-spezifischen Bodenkennwerte genau genug beurteilt werden können. Sie sollen auch dann erst zur bauaufsichtlichen Prüfung vorgelegt werden.

Neben der äußeren Tragfähigkeit des Gesamtbauwerkes muss ebenfalls die innere Trag-fähigkeit der Konstruktion an sich nachgewiesen werden. Hierzu gehört insbesondere der Nachweis für die Aufnahme der Auflagerkräfte aus den Ausfachungen, sowie ggf. die Auf-nahme von Horizontalbelastungen der Geländer.

2.5.1 Pfosten mit Ausfachungen

Randwegkonstruktionen bestehend aus Pfosten mit Ausfachungen dürfen üblicherweise sowohl für Haupt-, als auch für Nebenbahnen der DB verwendet werden. Um keine ge-sonderten Nachweise der inneren und äußeren Tragfähigkeit führen zu müssen, ist neben

20 Vgl.: Ril 800.0130 (gültig ab 01.02.1997) 21 Vgl.: Ril 413.0301 (gültig ab 01.01.2002) 22 Vgl.: Ril 836.4304 (gültig ab 01.10.2008) 23 Vgl.: Ril 836.4302, Ril 836.4303 (beide gültig ab 01.10.2008)


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der Herstellungsweise nach Abbildung 8 auch eine Zulassung des EBA für jedes der ein-zelnen Elemente der Konstruktion notwendig.

Abbildung 8: Randwegkonstruktionen aus Pfosten mit Ausfachungen24

Die Höhe h der Stützwand von 1,00 m soll nicht überschritten werden. Ebenfalls müssen Elemente der Randwegkonstruktion aus Stahl aufgrund der widrigen Bedingungen in ih-rem Einsatzbereich vor Korrosion geschützt werden, oder einen Abrostungszuschlag von 2 mm aufweisen. Wichtig hierbei ist, bei der Ausführung darauf zu achten, dass an der Rückwand der Ausfachung kein Wasserstau entsteht.

Als Pfosten dürfen bei dieser Art einer Randwegkonstruktion vom EBA zugelassene Sys-teme mit verbleibenden Injektionslanzen, oder allgemein bauaufsichtlich zugelassene Verbundpfähle verwendet werden. Zudem dürfen die Nachweise der äußeren Tragfähig-keit entfallen, sofern der Längsabstand der Pfosten maximal 2,00 m beträgt und für die Einbindelänge t folgende Bedingungen eingehalten sind:

- t ≥ 5 * h ohne Rückverankerung

- t ≥ 2,5 * h mit Rückverankerung

- min t = 2,00 m.

Hierbei ist darauf zu achten, dass die Verpressungen bis zur Böschungsoberfläche herge-stellt werden sollen. Sollte dies aus bestimmten Gründen nicht ausführbar sein, so ist aus

24 Quelle: Ril 836.4304 (gültig ab 01.10.2008), Bild 1


12

Gründen der erhöhten Verschiebungen und Biegebeanspruchungen, eine Betonplombe nach Abbildung 8 vorzusehen.

Ebenfalls sollen die Pfosten rückverankert werden, sobald die Höhe der Stützwand mehr als 0,60 m beträgt. Diese Rückverankerung soll eine Ansatzhöhe an der Stützwand von mehr als 1,00 m unter SO betragen und der Verpresskörper mehr als 0,50 m unter der Oberfläche der Schutzschichten eingebracht werden. Der Nachweis der äußeren Tragfä-higkeit darf dann entfallen, wenn die Ankerlängen nach Abbildung 8 eingehalten sind.

Randwegkonstruktionen aus eingerammten Schienen, oder Trägern sind für Hauptbahnen der DB nicht zugelassen und dürfen nur auf Nebenbahnen eingesetzt werden. Vertieft wird dazu noch einmal in Abschnitt 2.5.3 eingegangen.

2.5.2 Geogitterbewehrte Randwegstützkörper

Geogitterbewehrte Randwegstützkörper sind aufgrund der aufwendigen und kosteninten-siven Herstellung eher unüblich und dürfen ausschließlich mit Zustimmung der anlagen-verantwortlichen Stelle der DB Netz AG eingesetzt werden.

Zudem bedarf es bei Strecken für einen Streckenstandard mit Leitgeschwindigkeiten über 120 km/h nach Ril 41325 der UiG und ZiE. Ebenfalls ist bei der Planung und Ausführung ein EBA-anerkannter Gutachter für Geotechnik, Tätigkeitsbereich Erd- und Grundbau, Geokunststoffe zu beteiligen.

Abbildung 9: Randwegkonstruktionen aus geogitterbewehrten Stützkörpern26

25 Vgl.: Ril 413.0301 (gültig ab 01.01.2002) 26 Quelle: Ril 836.4304 (gültig ab 01.10.2008), Bild 2


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Im Allgemeinen soll die Randwegkonstruktion aus geogitterbewehrten Stützkörpern einen Aufbau nach Abbildung 9 aufweisen.

Zusätzlich dazu ist zu beachten, dass Randwegstützkörper mit einem Oberflächenschutz zu versehen sind, welcher in der Regel als Begrünung ausgeführt wird. Dieser Oberflä-chenschutz muss dauerhaft wirksam sein und bedarf daher einer regelmäßigen Wartung in Form von Grasmahd etc.

Des Weiteren dürfen Randwegstützkörper nur auf Böschungen aus mindestens mitteldicht gelagerten nicht bindigen Böden, oder steifen bindigen Böden hergestellt werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Abgrabung am Gleis nicht steiler als 1:1 ausgeführt werden darf.

Die Geogitter müssen hierbei außerhalb des Lastausbreitungsbereiches der Eisenbahn-verkehrslasten liegen

Außerdem darf die Höhe h von Randwegstützköpern eine Höhe von 1,50 m nicht über-schreiten, ohne eine zusätzliche UiG und ZiE einzuholen. Wichtig ist hierbei ebenfalls, zu gewährleisten, dass hinter der Wand und in der Gründungssohle kein Wasserstau ent-steht.

2.5.3 Rammträger aus Altschienen mit Ausfachungen

Bei der Variante eines Randwegverbaus aus gerammten Altschienen mit Ausfachungen ist anzumerken, dass sie in der aktuellen Ril 83627 nicht mehr explizit mit aufgeführt ist und nur noch als Unterpunkt von „Pfosten mit Ausfachungen“ existiert. Da diese Ausfüh-rungsvariante jedoch bis zu deren Einführungszeitpunkt gängige Praxis war und im Ge-gensatz zu den vorher beschriebenen Möglichkeiten eher schnell und unproblematisch herzustellen ist, erfolgte die Durchführung in den meisten Fällen in einer solchen Bauwei-se. Aus diesem Grunde wird die Möglichkeit der Einbringung von gerammten Altschienen mit Ausfachungen hier ebenfalls betrachtet.

27 Vgl.: Ril 836.4304 (gültig ab 01.10.2008)


14

Abbildung 10: Randwegkonstruktionen aus Altschienen mit Ausfachung28

Wichtig ist darauf hinzuweisen, dass die Ausführung ausschließlich auf Verwendung bei Nebenbahnen beschränkt ist.

Um keine weiteren Standsicherheitsnachweise führen zu müssen, gelten für Randweg-konstruktionen aus Rammträgern verschiedene Einsatzbedingungen, welche zum Teil aus der Abbildung 10 entnommen werden können, zusätzlich jedoch durch die Beschreibun-gen in der Ril 83629 ergänzt werden.

So soll die freie Wandhöhe h 1,00 m nicht überschreiten und die Einbindetiefe der Ramm-träger t = 5 * h betragen, mindestens jedoch 3,50 m. Zudem sollen die Ausfachungen aus Spannbeton-Altschwellen oder Stahlbetonplatten mit einer Güte von mindestens C 20/25 ausgeführt werden. Hierbei ist zu beachten, dass an der Rückwand der Ausfachung kein Wasserstau entsteht. Bei diesem besonderen Fall können die Pfosten einer etwaigen Ab-sturzsicherung an die Altschienen angebracht werden, welche in einem seitlichen Abstand von 2,00 m eingebracht werden.

28 Quelle: Ril 836.0604 (gültig ab 20.12.1999a), Bild 2 29 Vgl: Ril 836.0604 (gültig ab 20.12.1999a)


15

2.5.4 Erhöhung eines vorhandenen Stützbauteils

Die Variante einer Randwegkonstruktion mittels Erhöhens eines vorhandenen Stützbau-werkes ist in der aktuellen Ril 83630 ebenfalls nicht mehr enthalten. Aus Gründen der Voll-ständigkeit wird sie hier dennoch beschrieben.

Abbildung 11: Randwegkonstruktion mittels Erhöhens eines vorh. Stützenbauwerkes31

Ein gesonderter Nachweis der Standsicherheit ist für das veränderte Stützbauwerk in je-den Fall notwendig, um festzustellen, ob der bauliche Zustand die erhöhten Beanspru-chungen und die erforderlichen konstruktiven Veränderungen gestattet. Die konstruktiven Veränderungen müssen zusätzlich entsprechend durch eine prüffähige Ausführungspla-nung erfasst werden.

30 Vgl.: Ril 836.4304 (gültig ab 01.10.2008) 31 Quelle: Ril 836.0604 (gültig ab 20.12.1999a), Bild 4

Darstellung verschiedener Varianten als Berechnungsgrundlage

16

3 DARSTELLUNG VERSCHIEDENER VARIANTEN ALS BERECHNUNGS-GRUNDLAGE

Die Querschnitte der bestehenden Dammaufbauten, sowie die der geplanten Ausfüh-rungsvarianten sind im Anhang A beigefügt.

3.1 Beschreibung Planungsgrundlagen

Um einen Vergleich von Randwegkonstruktionen zu führen, sind zwei Bestandsvarianten gewählt worden, die geringfügig abweichend, aber dennoch sehr praxisnah sind. Ange-lehnt sind diese Varianten an einen bestehenden eingleisigen Streckenquerschnitt auf der Strecke 6694 Plaue – Themar. Dort sollte im Rahmen der Streckenertüchtigung das Pla-num verbreitert werden, um seitlich einen Randweg vorsehen zu können. Betrachtet ist dort ein Abschnitt von ca. 200 m Länge, näherungsweise am km 1,400.

Abbildung 12: Dammfuß am km 1,40032

32 Quelle: Eigene Aufnahme


17

Abbildung 13: Dammkopf am km 1,40033

Ebenfalls liegt dieses Teilstück in einer erheblichen Dammlage mit einer Höhe von rund 6,00 m. Für alle Bestands- und Planungsvarianten ist daher eine überschüttete Höhe des Dammes von 5,20 m unter SwO gewählt worden, was einer Höhe von 5,40 m unter SO entspricht.

Abweichend zum Praxisbeispiel ist zur Vergrößerung der Plaumsverbreiterung in den Be-standsvarianten ein Oberbau mit Holzschwellen zum Ansatz gekommen.

Die Schotterhöhe und Höhe der Planumsschutzschicht beträgt in allen Bestands- sowie Planungsvarianten jeweils 0,30 m unter der nicht überhöhten Schiene. Der Schotter vor Kopf ist mit lediglich 0,30 m und einer Neigung von 1:1,75 angenommen. Dies ist eine Annahme, die den vieljährigen Betrieb inklusive Streckenbegehungen und Wartung abbil-det und bei der der Regelschotteraufbau durch Abrutschen des Schotters nach außen ein solches Bild ergeben kann. Aus diesen Größen ergibt sich für beide Varianten eine Pla-numsbreite von 4,93 m.

33 Quelle: Eigene Aufnahme


18

Wie in der Zeichnung auf Seite X des Anhangs zu erkennen ist, ist für die bestehende Va-riante „A“ eine Dammböschung mit einer Neigung von 1:1,5 gewählt worden. Dies ent-spricht ziemlich genau dem oben gezeigten Praxisbeispiel. Die Breite des bestehenden Dammes ergibt sich demnach zu einer Breite von 18,89 m in einer überschütteten Höhe von 5,20 m.

Dementgegen beträgt die Neigung der Dammböschung im bestehenden Beispiel „B“ 1:1. Dies ist ein nicht generell üblicher Aufbau eines Bahndammes, aber dennoch denkbar und zur Veranschaulichung der Einwirkungen und Nachweise, in Kapitel 4 und 6, so gewählt. Entsprechend beträgt die Breite des Bahndammes in einer Höhe von 5,20 m unter SwO 14,24 m.

3.2 Beschreibung geplanter Varianten

Für alle geplanten Varianten sind Querschnitte gewählt, die den momentanen Reglemen-tierungen der DB entsprechen und bei aktuellen Baumaßnahmen so übliche Praxis sein könnten. Es ist der Einbau von Betonschwellen B70 vorgesehen, die eine Länge vom 2,60 m besitzen. Der Schotter vor Kopf beträgt eine regelkonforme Breite von 0,40 m, sowie die Schotterböschung eine Neigung von 1:1,25. Die Böschung des gesamten Dammes beträgt nach der Fertigstellung in jedem Falle eine Neigung von höchstens 1:1,5.

Aus den beiden Versionen, die als Planungsgrundlage gewählt wurden und in Abschnitt

3.1 näher beschrieben sind, werden jeweils zwei neue Varianten entworfen. Die Pla-nungsvarianten „A1“ und „B1“ beziehen sich auf die Regelzeichnung eines eingleisigen Streckenquerschnittes nach der Ril 83634 für Höchstgeschwindigkeiten von ve ≤ 160 km/h. Danach ergibt sich aus dem Gefahrenbereich mit einer Breite von 2,50 m und dem Si-cherheitsraum, der eine Breite von 0,80 cm besitzen soll, eine Planumsbreite insgesamt 6,60 m. Aufgrund der in Abschnitt 2.2 erläuterten Funktionen ist man bemüht, diese Breite auch einzuhalten. Sollte das aus bestimmten Gründen nicht möglich sein, darf die Breite der Randwege auf jeweils 0,55 m verringert werden, wie in den Planungsvarianten „A2“ und „B2“ gezeigt ist. Aufgrund dieser verminderten Breite der Randwege ergibt sich eine Planumsbreite von insgesamt 6,14 m.

Zur Gewährleistung einer ausreichenden Breite der Randwege sind Stützkonstruktionen aus Betonfertigteilen in L-Form herzustellen. Als Fertigteile sind Stützwinkel der „EHL AG“ aus der Produktreihe „Stützwinkel glatt“ gewählt worden. Diese Bauteile dienen als kos-tengünstige, sowie gestalterisch ansprechende Lösung zur Abstützung und sind zudem für den Lastfall „UIC 71 DB“ zur Verwendung im Bundebahnbereich bemessen. Sie besit-zen eine Betondruckfestigkeit von C30/37 und sind ab einer Bauteilhöhe von 1,30 m sta-tisch bewehrt. Alle kleineren Fertigteile sind lediglich transportbewehrt und somit als un-bewehrt anzusehen. Standardmäßig werden die Stützelemente in der Typenprogramm-Übersicht der „EHL AG“35 in einer Höhe von 0,55 m bis 4,05 m angeboten. Die gewählte

34 Vgl.: Ril 836.0130 (gültig ab 01.02.1997), Anhang 3, S.310 35 Vgl.: http://www.ehl.de/productti.php?ProductId=531


19

Einbaubreite beträgt 1,00 m. Im Abschnitt 6 wird zudem überprüft, ob die gewählten Ele-mente eines gesonderten Fundamentes bedürfen, um die zulässige Sohlpressung nicht zu überschreiten. In jedem Falle ist unter den Stützwinkeln eine Sauberkeitsschicht aus Beton mit einer Druckfestigkeit von C12/15 und einer Höhe von 0,20 m vorzusehen.

So sind für die Planungsvariante „A1“ auf der bahnlinken Seite Elemente mit einer Höhe von 0,80 m und auf der bahnrechten Seite Elemente mit einer Höhe von 0,55 m notwen-dig, um die geforderte Planumsbreite von 3,30 m je Seite zu gewährleisten. Die Sauber-keitsschicht unter den Stützwinkeln wird im äußeren Bereich an die vorhandene Damm-böschung angeglichen, sodass es keiner weiteren Abtragung bzw. Aufschüttung in diesem Bereich bedarf.

Die Planungsvariante „A2“ hingegen, soll mit Randwegen hergestellt werden, die eine mi-nimale Breite von 0,55 m besitzen. Um dies zu sicherzustellen, sind beidseitig lediglich Stützelemente mit einer Höhe von 0,55 m notwendig. Deren Sauberkeitsschicht ist eben-falls der vorhandenen Dammböschung anzupassen, sodass die Breite des Damms am Fuß gleich bleibt.

Ganz im Gegensatz dazu soll die Planungsvariante „B1“ eine anstehende Böschung mit einer Neigung von 1:1 besitzen, sowie als Regelquerschnitt mit einer Planumsbreite von 6,60 m ausgeführt werden. Dafür sind auf der bahnlinken Seite Stützwinkel mit einer Höhe von 1,30 m notwendig, die zudem statisch bewehrt sind. Auf der bahnrechten Seite hin-gegen reichen unbewehrte Fertigteile mit einer Höhe von 0,80 m aus. Zwar ist die Sau-berkeitsschicht der vorhanden Dammböschung ebenfalls anzupassen, doch muss im Ge-gensatz zu den vorherigen Varianten ein zusätzlicher Keil an den vorhandenen Damm aufgeschüttet werden, um eine regelkonforme Dammböschung von höchsten 1:1,5 si-cherzustellen. Dies bringt eine Verbreiterung des Dammfußes von 14,24 m auf eine Breite von 17,48 m mit sich. In jedem Fall ist vor der Aufschüttung dieses Keiles, der vorhandene Mutterboden an der Dammböschung abzutragen und im Nachhinein wieder aufzubringen. Zusätzlich ist zu überprüfen, ob der aufgetragene Boden nicht möglicherweise im Ganzen abrutschen kann und zusätzlich rückverankert werden muss, oder direkt mit Abtreppun-gen, lagenweise einzubringen ist.

Abschließend soll die Planungsvariante „B2“, bei der eine Böschung mit einer Neigung von 1:1 ansteht, mit Randwegen von minimaler Breite ausgeführt werden. Dafür sind bei-derseits Randwegkonstruktionen aus Betonfertigteilen mit einer Höhe von 0,80 m herzu-stellen. Ebenso soll deren Sauberkeitsschicht an die vorhandene Böschung angepasst und ein zusätzlicher Erdkeil mit einer Oberflächenneigung von maximal 1:1,5 hinzugefügt werden. Inklusive dieses aufgeschütteten Keiles ergibt sich eine Breite am Dammfuß von 17,83 m. Außerdem müssen die Dinge, die im vorangegangenen Absatz das Verfahren mit Mutterboden und das Abrutschen von Boden beschreiben, hier ebenfalls beachtet werden.

Unter Berücksichtigung der verschiedenen Stützhöhen und Abständen der Stützwinkel zur Gleisachse werden folgend im Kapitel 4 die einwirkenden Lasten berechnet.

Berechnung der einwirkenden Lasten

20

4 BERECHNUNG DER EINWIRKENDEN LASTEN

4.1 Allgemeine Beschreibungen

4.1.1 Regelungen zur Berechnung der jeweiligen Lasten

Auf ein Bauwerk, welches als Unterbau für eine Fahrbahn genutzt wird, wirken ver-schiedenste Einwirkungen, die berücksichtigt werden müssen. Je nach Einbauparametern werden auch die Stützkonstruktionen davon berührt. In den Zeichnungen des Anhangs A ist zu erkennen, dass keine der Varianten, die als Planungsgrundlage dienen sollen, vom inneren, oder äußeren Druckbereich der Bahn tangiert werden. Dies bedeutet, dass nach der Ril 836 keine dynamischen Einwirkungen berücksichtigt werden müssen.

Erddrucklasten aus horizontalen und vertikalen Anteilen von Eisenbahnverkehrslasten dürfen nach der Ril 83636 vereinfacht als gemeinsam rechteckig verteilt auf die Rückseite des Stützbauteils berechnet werden, sofern diese außerhalb des planmäßigen Schotter-fußes liegt und ein Mindestabstand zur nächsten Gleisachse von 2,50 m eingehalten ist. Da dies auf die geplanten Varianten zutrifft, dürfen die einzelnen veränderlichen Lasten wie folgt verteilt werden.

Abbildung 14: Prinzipdarstellung Erddruck aus Eisenbahnverkehrslasten37

36 Vgl.: Ril 836.2001 (gültig ab 01.10.2008) 37 Quelle: Ril 836.2001 (gültig ab 01.10.2008), Bild 2


21

Die Ersatzstreifenlast besitzt nach der Ril 83638 eine Größe von 52,00 kN/m², verteilt auf eine Breite von 3,00 m. Diese Last greift in einer überschütteten Höhe von 0,50 m an.

Nach dem DIN-Fb. 101 ist der Seitenstoß als Einzellast mit einer Größe von 100 kN an-zunehmen. Horizontale Einzellasten dürfen nach der Ril 836 auf eine Länge von L = 2 * a + 4,00 m verteilt werden, wobei a der lichte Abstand zwischen Schwellenkopf und Bau-werk definiert.

Abbildung 15: Verteilung von horizontalen Einzellasten39

Fliehkräfte dürfen bei Ansatz des vereinfachten Lastbildes nach der Ril 83640 als Horizon-talspannungen in einer Größe von 20% der Vertikalspannungen angenommen werden.

Alle restlichen vertikalen Flächenlasten können in ähnlicher Weise, wie in Abbildung 14 gezeigt, in eine Erddrucklast überführt werden.

Die ständigen Lasten aus dem Fahrbahneigengewicht sind im DIN-Fb. 101 aufgeführt. So beinhalten diese Lastannahmen den Oberbau inklusive Gleis und Schotterbett, sowie ei-

38 Vgl.: Ril 836.2001 (gültig ab 01.10.2008) 39 Quelle: Ril 836.0300 (gültig ab 20.12.1999), Bild 5 40 Vgl.: Ril 836.2001 (gültig ab 01.10.2008)


22

ner Hebungsreserve von 10 cm. Da die geplante Geschwindigkeit mit vmax < 160 km/h an-genommen ist, ergibt sich nach dem DIN-Fb. 10141 eine Fahrbahnhöhe von 0,70 m. Dies entspricht für einen eingleisigen Streckenquerschnitt einer Eigenlast von 12,50 kN/m² auf einer Breite von 4,40 m.

Ebenfalls wirkt auf Randwegkonstruktionen der aktive Erddruck als ständige Einwirkung. In der Ril 836 werden keine Aussagen zur Berechnung dessen getroffen und explizit auf die DIN 1054 verwiesen.

Da die geplanten Varianten, Konstruktionen zur Stützung von Randwegen sind, erhalten sie auch veränderliche Lasten aus diesem. In der Ril 83642 ist die vertikale Belastung von Randwegen mit einer Gleichlast von 2,50 kN/m² festgeschrieben. Diese kann ebenfalls wie in Abbildung 14 beschrieben, in eine horizontale Erddrucklast überführt werden.

Für die Berechnung des Erdkörpers müssten zudem Anfahr- und Bremskräfte, sowie ae-rodynamische Einflüsse (Druck-Sog-Wirkung) beachtet werden. Da diese jedoch keinen Einfluss auf die Stützwinkel haben, werden sie bei der Bemessung nicht berücksichtigt.

4.1.2 Annahmen für die Berechnung

Für die Berechnung der einwirkenden Lasten auf die Stützelemente sind Annahmen ge-troffen worden, die den allgemein üblichen Aufbau eines Bahndammes recht genau abbil-den. So wird angenommen, dass der Bahndamm aus einem eng gestuften Kiesgemisch (GE) nach der DIN 18196 besteht. Dieser soll einen Scherwinkel von φ = 35,0° und eine Wichte von γ = 18,00 kN/m³ besitzen. Zusätzlich soll der Wandreibungswinkel von Beton gegen Erdreich verwendet werden, welcher δk = 2/3 * φ = 2/3 * 35 = 23,3° beträgt. Außer-dem ergibt sich der Gleitflächenwinkel zu ϑ = 45° + ½ * φ = 45 + ½ * 35 = 62,5°. Die an-stehende Geländeneigung β und Neigung des Stützelementes α sollen mit 0,0° ange-nommen werden, woraus sich ein Erddruckbeiwert von Kagh = Kaqh = 0,224 ergibt.43

Für die Berechnung der Eigenlasten der Fertigteile wird nach Herstellerauskunft davon ausgegangen, dass diese bis zu einer Höhe von 1,05 m unbewehrt sind. Daraus ergibt sich für die Planungsvarianten mit einer Höhe der Stützelemente von 0,55 m bzw. 0,80 m eine Eigenlast von γ = 24,00 kN/m³. Für das bewehrte Stützelement mit einer Höhe von 1,30 m beträgt die Eigenlast γ = 25,00 kN/m³.

Zusätzlich ist für alle weiteren Berechnungen die Annahme getroffen worden, dass die bemessungsrelevante Seite die bahnlinke ist, da die Stützelemente dort näher an der Achse liegen und bei einem Regelaufbau zudem die Randwege breiter sind. Da beider-seits kein Überstand der Elemente vorhanden sein soll und die Fahrbahneigenlast mit ei-ner definierten Größe beschrieben ist, ergibt sich der Erddruck, rechts wie links, zur glei-

41 Vgl.: DIN-Fb. 101, Tabelle 1 42 Vgl.: Ril 836.2001 (gültig ab 01.10.2008) 43 Vgl.: Witt, 2010, S.81


23

chen Größe, sofern die Stützbauteile die gleiche Höhe besitzen. Aus diesen Gründen ist davon auszugehen, dass die Stützelemente auf der bahnlinken Seite größeren einwirken-den Lasten ausgesetzt sind und die entscheidende Relevanz für die Bemessung besitzen.

Alle folgenden Berechnungen werden auf einen Meter Gleislänge bezogen.


24

4.1.3 Prinzipdarstellung

Die folgende Darstellung veranschaulicht die Berechnungsweise der einwirkenden Lasten auf die Stützbauteile und gibt einen groben Überblick darüber. Sie enthält schematisch al-le verwendeten Eingangsgrößen.

Abbildung 16: Prinzipdarstellung einwirkende Lasten44

44 Quelle: Eigene Darstellung


25

Beschreibung zur Prinzipdarstellung

g1 – ständige Belastung aus Fahrbahneigengewicht

g2 – ständige Koordinate für den aktiven Erddruck (= eagh)

q1 – veränderliche Ersatzstreifenlast aus Eisenbahnverkehrslast

q2 – veränderliche Gleichlast auf den Randweg

a – Abstand der einwirkenden Belastung zur Rückseite des Stützbauteils

bRW – Breite des Randweges

bPl,l – Breite des Planums auf bahnlinker Seite

bL – Breite des Stützelements

z1 – oberste Ordinate des horizontalen Erddruckanteils

z2 – unterste Ordinate des horizontalen Erddruckanteils

hL – Höhe des Stützelements

h – Höhe des horizontalen Erddruckanteils

ha – Höhe, mit der der horizontale Erddruckanteil am Stützelement angreift

φ – Scherwinkel

ϑ – Gleitflächenwinkel

D – Momentendrehpunkt in der äußeren, linken Ecke des Bauteils

MD – Moment um den Momentendrehpunkt D


26

4.2 Planungsvariante A1

Regelquerschnitt, vorhandene Neigung der Böschung: 1:1,5

4.2.1 Horizontale Belastungen

GH1,k - Erddruck aus Eigengewicht der Fahrbahn

bPl,l = 2,60 / + 0,40 + 0,63 + 0,97 = 3,30 m

a = bPl,l – b / 2 = 3,30 – 4,40 / 2 = 1,10 m

z1 = a * tan(φ) = 1,10 * tan(35) = 0,77 m

ha = hL – z1 = 0,80 – 0,77 = 0,03 m

z2 = (a + b) * tan(θ) = (1,10 + 4,40) * tan(62,5) = 10,57 m

h = z2 – z1 = 10,57 – 0,77 = 9,80 m

Eagh,1 = b * g1 * Kagh = 4,40 * 12,50 * 0,224 = 12,36 kN/m

e’mh = Eagh,1 / h = 12,36 / 9,80 = 1,26 kN/m²

GH1,k = e’mh * ha = 1,26 * 0,03 = 0,04 kN/m

GH2,k - Aktiver Erddruck

eagh = Kagh * γ * hL = 0,224 * 18 * 0,80 = 3,23 KN/m²

GH2,k = ½ * hL * eagh = ½ * 0,80 * 3,23 = 1,29 kN/m

QH1,k - Erddruck aus Eisenbahnverkehrslasten

a = bPl,l – b / 2 = 3,30 – 3,00 / 2 = 1,80 m

z1 = a * tan(φ) = 1,80 * tan(35) = 1,26 m

z1 = 1,26 m > 0,80 m = hL

� Die Eisenbahnverkehrslasten tangieren das Bauteil nicht und besitzen somit auch kei-nen Erddruckanteil.

� QH1,k = 0,00 kN/m


27

QH2,k - Erddruck aus Verkehrslast auf dem Randweg

a = 0

� z1 = 0

ha = hL – z1 = 0,80 – 0,00 = 0,80 m

z2 = bRw * tan (θ) = 0,97 * tan(62,5) = 1,86 m

h = z2 – z1 = 1,86 – 0,00 = 1,86 m

Eaqh,2 = b * q2 * Kaqh = 0,97 * 2,50 * 0,224 = 0,54 kN/m

e’mh = Eaqh,2 / h = 0,54 / 1,86 = 0,29 kN/m²

QH2,k = e’mh * ha = 0,29 * 0,80 = 0,23 kN/m

Zusammenfassung

Abbildung 17: Angriffspunkte horizontaler Belastungen (A1)45

Tabelle 1: Zusammenfassung horizontaler Belastungen (A1)46

Bezeichnung Belastung [kN/m] Abstand vom Momentendrehpunkt D [m]

GH1,k 0,04 0,03 / 2 = 0,02

GH2,k 1,29 0,80 / 3 = 0,27

QH1,k -- --

QH2,k 0,23 0,80 / 2 = 0,40

45 Quelle: Eigene Darstellung 46 Quelle: Eigene Darstellung


28

4.2.2 Vertikale Belastungen

Abbildung 18: Angriffspunkte vertikaler Belastungen (A1)47

Tabelle 2: Zusammenfassung vertikaler Belastungen (A1)48

Bezeichnung Belastung [kN/m] Abstand vom Momentendreh-punkt D [m]

GV1,k 24 * 0,80 * 0,12 = 2,30 0,12 / 2 = 0,06

GV2,k 24 * 0,38 * 0,12 = 1,09 0,12 + 0,38 / 2 = 0,31

GV3,k 18 * 0,68 * 0,38 = 4,65 0,12 + 0,38 / 2 = 0,31



29


Querschnitt mit minimalem Randweg, vorhandene Neigung der Böschung: 1:1,5



bPl,l = 2,60 / + 0,40 + 0,63 + 0,55 = 2,88 m

a = bPl,l – b / 2 = 2,88 – 4,40 / 2 = 0,68 m

z1 = a * tan(φ) = 0,68 * tan(35) = 0,48 m

ha = hL – z1 = 0,55 – 0,48 = 0,07 m

z2 = (a + b) * tan(θ) = (0,68 + 4,40) * tan(62,5) = 9,76 m

h = z2 – z1 = 9,76 – 0,48 = 9,80 m

Eagh,1 = b * g1 * Kagh = 4,40 * 12,50 * 0,224 = 12,36 kN/m

e’mh = Eagh,1 / h = 12,36 / 9,28 = 1,33 kN/m²

GH1,k = e’mh * ha = 1,33 * 0,07 = 0,09 kN/m


eagh = Kagh * γ * hL = 0,224 * 18 * 0,55 = 2,18 KN/m²

GH2,k = ½ * hL * eagh = ½ * 0,55 * 2,18 = 0,60 kN/m


a = bPl,l – b / 2 = 2,88 – 3,00 / 2 = 1,38 m

z1 = a * tan(φ) = 1,38 * tan(35) = 0,97 m

z1 = 0,97 m > 0,55 m = hL


� QH1,k = 0,00 kN/m


30


a = 0

� z1 = 0

ha = hL – z1 = 0,55 – 0,00 = 0,55 m

z2 = bRw * tan (θ) = 0,55 * tan(62,5) = 1,06 m

h = z2 – z1 = 1,86 – 0,00 = 1,06 m

Eaqh,2 = b * q2 * Kaqh = 0,55 * 2,50 * 0,224 = 0,31 kN/m

e’mh = Eaqh,2 / h = 0,31 / 1,06 = 0,29 kN/m²

QH2,k = e’mh * ha = 0,29 * 0,55 = 0,16 kN/m

Zusammenfassung

Abbildung 19: Angriffspunkte horizontaler Belastungen (A2)49

Tabelle 3: Zusammenfassung horizontaler Belastungen (A2)50


GH1,k 0,09 0,07 / 2 = 0,04

GH2,k 0,60 0,55 / 3 = 0,18

QH1,k -- --

QH2,k 0,16 0,55 / 2 = 0,28



31


Abbildung 20: Angriffspunkte vertikaler Belastungen (A2)51

Tabelle 4: Zusammenfassung vertikaler Belastungen (A2)52


GV1,k 24 * 0,55 * 0,12 = 1,58 0,12 / 2 = 0,06

GV2,k 24 * 0,18 * 0,12 = 0,52 0,12 + 0,18 / 2 = 0,21

GV3,k 18 * 0,43 * 0,18 = 1,39 0,12 + 0,18 / 2 = 0,21



32

4.4 Planungsvariante B1

Regelquerschnitt, vorhandene Neigung der Böschung: 1:1



bPl,l = 2,60 / + 0,40 + 0,63 + 0,97 = 3,30 m

a = bPl,l – b / 2 = 3,30 – 4,40 / 2 = 1,10 m

z1 = a * tan(φ) = 1,10 * tan(35) = 0,77 m

ha = hL – z1 = 1,30 – 0,77 = 0,53 m

z2 = (a + b) * tan(θ) = (1,10 + 4,40) * tan(62,5) = 10,57 m

h = z2 – z1 = 10,57 – 0,77 = 9,80 m

Eagh,1 = b * g1 * Kagh = 4,40 * 12,50 * 0,224 = 12,36 kN/m

e’mh = Eagh,1 / h = 12,36 / 9,80 = 1,26 kN/m²

GH1,k = e’mh * ha = 1,26 * 0,53 = 0,67 kN/m


eagh = Kagh * γ * hL = 0,224 * 18 * 1,30 = 5,24 KN/m²

GH2,k = ½ * hL * eagh = ½ * 1,30 * 5,24 = 3,41 kN/m


a = bPl,l – b / 2 = 3,30 – 3,00 / 2 = 1,80 m

z1 = a * tan(φ) = 1,80 * tan(35) = 1,26 m

ha = hL – z1 = 1,30 – 1,26 = 0,04 m

z2 = (a + b) * tan(θ) = (1,80 + 3,00) * tan(62,5) = 9,22 m

h = z2 – z1 = 9,22 – 1,26 = 7,96 m

Eaqh,1 = b * q1 * Kaqh = 3,00 * 52,00 * 0,224 = 34,94 kN/m

Da in der Ril 836 keine Aussage getroffen ist, wie mit horizontalen Lasten aus dem Eisen-bahnverkehr auf Stützkonstruktionen, wie L-Elemente, zu verfahren ist, werden die Lasten aus Seitenstoß und Fliehkräften mit berücksichtigt.


33

S = 100 kN

L = 2 * a + 4,00 = 2 * 1,80 + 4,00 = 7,60 m

S‘ = S / L = 100 / 7,60 = 13,16 kN/m

QH = 0,2 * Eaqh,1 = 0,2 * 34,94 = 6,99 kN/m

e’mh = (Eagh,1 + QH + S‘) / h = (34,94 + 6,99 + 13,16) / 9,80 = 55,09 / 9,80 = 5,62 kN/m²

QH1,k = e’mh * ha = 5,62 * 0,04 = 0,22 kN/m


a = 0

� z1 = 0

ha = hL – z1 = 1,30 – 0,00 = 1,30 m

z2 = bRw * tan (θ) = 0,97 * tan(62,5) = 1,86 m

h = z2 – z1 = 1,86 – 0,00 = 1,86 m

Eaqh,2 = b * q2 * Kaqh = 0,97 * 2,50 * 0,224 = 0,54 kN/m

e’mh = Eaqh,2 / h = 0,54 / 1,86 = 0,29 kN/m²

QH2,k = e’mh * ha = 0,29 * 1,30 = 0,38 kN/m

Zusammenfassung

Abbildung 21: Angriffspunkte horizontaler Belastungen (B1)53



34

Tabelle 5: Zusammenfassung horizontaler Belastungen (B1)54


GH1,k 0,67 0,53 / 2 = 0,27

GH2,k 3,41 1,30 / 3 = 0,43

QH1,k 0,22 0,04 / 2 = 0,02

QH2,k 0,38 1,30 / 2 = 0,65



35


Abbildung 22: Angriffspunkte vertikaler Belastungen (B1)55

Tabelle 6: Zusammenfassung vertikaler Belastungen (B1)56


GV1,k 25 * 1,30 * 0,12 = 3,90 0,12 / 2 = 0,06

GV2,k 25 * 0,58 * 0,12 = 1,74 0,12 + 0,58 / 2 = 0,41

GV3,k 18 * 1,18 * 0,58 = 12,32 0,12 + 0,58 / 2 = 0,41



36


Querschnitt mit minimalem Randweg, vorhandene Neigung der Böschung: 1:1



bPl,l = 2,60 / + 0,40 + 0,63 + 0,55 = 2,88 m

a = bPl,l – b / 2 = 2,88 – 4,40 / 2 = 0,68 m

z1 = a * tan(φ) = 0,68 * tan(35) = 0,48 m

ha = hL – z1 = 0,80 – 0,48 = 0,32 m

z2 = (a + b) * tan(θ) = (0,68 + 4,40) * tan(62,5) = 9,76 m

h = z2 – z1 = 9,76 – 0,48 = 9,80 m

Eagh,1 = b * g1 * Kagh = 4,40 * 12,50 * 0,224 = 12,36 kN/m

e’mh = Eagh,1 / h = 12,36 / 9,28 = 1,33 kN/m²

GH1,k = e’mh * ha = 1,33 * 0,32 = 0,43 kN/m


eagh = Kagh * γ * hL = 0,224 * 18 * 0,80 = 3,23 KN/m²

GH2,k = ½ * hL * eagh = ½ * 0,80 * 3,23 = 1,29 kN/m


a = bPl,l – b / 2 = 2,88 – 3,00 / 2 = 1,38 m

z1 = a * tan(φ) = 1,38 * tan(35) = 0,97 m

z1 = 0,97 m > 0,80 m = hL


� QH1,k = 0,00 kN/m


a = 0

� z1 = 0

ha = hL – z1 = 0,80 – 0,00 = 0,80 m

z2 = bRw * tan (θ) = 0,55 * tan(62,5) = 1,06 m


37

h = z2 – z1 = 1,86 – 0,00 = 1,06 m

Eaqh,2 = b * q2 * Kaqh = 0,55 * 2,50 * 0,224 = 0,31 kN/m

e’mh = Eaqh,2 / h = 0,31 / 1,06 = 0,29 kN/m²

QH2,k = e’mh * ha = 0,29 * 0,80 = 0,23 kN/m

Zusammenfassung

Abbildung 23: Angriffspunkte horizontaler Belastungen (B2)57

Tabelle 7: Zusammenfassung horizontaler Belastungen (B2)58


GH1,k 0,43 0,32 / 2 = 0,16

GH2,k 1,29 0,80 / 3 = 0,27

QH1,k -- --

QH2,k 0,23 0,80 / 2 = 0,40



38


Abbildung 24: Angriffspunkte vertikaler Belastungen (B2)59

Tabelle 8: Zusammenfassung vertikaler Belastungen (B2)60


GV1,k 24 * 0,80 * 0,12 = 2,30 0,12 / 2 = 0,06

GV2,k 24 * 0,38 * 0,12 = 1,09 0,12 + 0,38 / 2 = 0,31

GV3,k 18 * 0,68 * 0,38 = 4,65 0,12 + 0,38 / 2 = 0,31


Bemessung und konstruktive Durchbildung der Fertigteilelemente

39

5 BEMESSUNG UND KONSTRUKTIVE DURCHBILDUNG DER FERTIG-TEILELEMENTE

In den einleitenden Darstellungen ist bereits beschrieben worden, dass infolge der Grund-legenden Änderung der Zielstellung dieser Arbeit keine detaillierte Bemessung der Stütze-lemente an sich notwendig ist. Zur Vervollständigung wird dennoch kurz beschrieben, welche Schritte erforderlich sind, um ein solches Bauteil bemessen zu können.

Grundlage dafür war bisher die DIN EN 206-1/ DIN 1045-2. Da seit dem 01.07.2012 die EN 1992 – Eurocode 2 „Stahlbeton- und Spannbetontragwerke“ verbindlich eingeführt ist, müssen folglich neu geplante Bauteile dementsprechend nach ihr bemessen werden. Zu-sätzlich gelten natürlich die Regeln der EN 1990 – Eurocode 0 „Grundlagen der Trag-werksplanung“ und der EN 1991 – Eurocode 1 „Einwirkungen auf Tragwerke“ mit.

Für die Bemessung muss beispielsweise erst einmal geklärt werden, welche Abmessun-gen für das Bauteil vorgesehen werden sollen. Diese Abmessungen können über eine angenommene Einbindetiefe, sowie einen angenommenen Untergrund, woraus sich eine zulässige Sohlnormalspannung ergibt, bestimmt werden.

Weiter ist zu festzustellen, wie groß die einzuhaltende Betondeckung des Fertigteils sein soll, um im Anschluss die statische Höhe berechnen zu können. Die Betondeckung ist ab-hängig von Korrosions- und Verbundbedingungen, sowie der Expositionsklasse. Für die luftberührte Rückseite ergibt sich die Expositionsklasse zu XC4 für wechselnd nasse und trockene Umgebung und XF1 für mäßige Wassersättigung ohne Taumittel. Die grün-dungsberührte Unterseite des Bauteils hingegen kann in eine Expositionsklasse XC2 für nasse und selten Trockene Umgebungsbedingungen, sowie ebenfalls XF1 für mäßige Wassersättigung ohne Taumittel eingestuft werden.

Aus diesen errechneten Betondeckungen ergeben sich statische Höhen, die für die weite-re Bemessung angesetzt werden können. Des Weiteren sind basierend auf den Expositi-onsklassen, Mindestfestigkeitsklassen für die Fertigteile festgelegt.

Weiter ist für die Stützwinkel zu klären, ob konstruktiv eine Bewehrungszulage von Nöten ist. Dafür werden basierend auf den ankommenden Lasten am Bauteil, programmgestützt, Gesamtdrücke in den 1/10 – Punkten berechnet. Auf Grundlage dessen kann über eine Biegebemessung der benötigte Grad der Bewehrung bestimmt werden.

Die erforderliche Querkraftbewehrung muss zusätzlich beschrieben werden. Sie ergibt sich aus einer Gegenüberstellung einwirkender und aufnehmbarer Bemessungsquerkräf-te. Sollte dieser Nachweis nicht eingehalten sein, so muss entsprechende Querkraftbe-wehrung eingelegt werden, um die aufnehmbaren Kräfte zu vergrößern.

Abschließend sind die bemessenen Fertigteile konstruktiv durchzubilden. So muss bei-spielsweise geklärt werden, ob die Grenzen der Mindest- und Höchstbewehrung eingehal-ten sind. Weiter ist zu überprüfen, ob Biegerollendurchmesser und Stababstände einge-halten sind. Sofern all diese Nachweise erfolgreich geführt worden sind, kann das Bauteil als bemessen betrachtet und weiterführende Untersuchungen angestellt werden.

Führen geotechnischer Nachweise

40

6 FÜHREN GEOTECHNISCHER NACHWEISE

6.1 Allgemeine Beschreibungen

Geplant ist eine Randwegkonstruktion aus Stützwinkeln. Da diese Ausführungsvariante in den Richtlinien der DB nicht vorgesehen ist, müssen gesondert alle Nachweise der Standsicherheit geführt werden. In der Ril 83661 wird explizit darauf hingewiesen, dass da-für grundsätzlich die Vorgaben der DIN 1054 gelten. Dementsprechend gehören dazu im Grenzzustand der Tragfähigkeit die Nachweise der Gleit-, Kipp- und Böschungsbruchsi-cherheit, sowie der Nachweis eingehaltener Sohlspannungen. Als Nachweis im Grenzzu-stand der Gebrauchstauglichkeit ist die Einhaltung der Bauwerkssetzungen zu führen.

Allgemeine Annahmen, die für die Berechnung der ankommenden Lasten im Abschnitt

4.1.2 getroffen wurden, sind hier ebenfalls zutreffend. Außerdem fließen folgend die be-rechneten einwirkenden Lasten aus Abschnitt 4.2 bis 4.5 für die einzelnen Planungsvari-anten ein. Ergänzend dazu werden weitere Annahmen getroffen, um die ausgewählten Nachweise führen zu können. So bleiben beispielsweise Grundwassereinflüsse unberück-sichtigt, da es sich um den oberen Bereich eines Dammes handeln soll. Die Kohäsion im Boden wird mit c‘ = 0,00 kN/m² angenommen.

Zusätzlich ist den Planungsvarianten zu entnehmen, dass die Stützwinkel keine Einbinde-tiefe im Boden besitzen, womit sich der positiv auswirkende, passive Erddruck, zu Ep,d = 0,00 kN/m ergibt. Ebenfalls muss aufgrund der nicht vorhandenen Einbindetiefe ein Wert für die zulässige Sohlnormalspannung angenommen werden, da in der DIN 105462 die kleinste Einbindetiefe eines Fundamentes 0,30 m beträgt und somit kein Tabellenwert verwendet werden kann. Angelehnt an ein Praxisbeispiel wird diese mit σ0k,zul = 55,00 kN/m² festgelegt. Für eine vertiefende Betrachtung der geotechnischen Nachweise, müss-te die zulässige Sohlnormalspannung für diverse Planungsvarianten gesondert unter-sucht, beschrieben unter einzuhaltenden Rahmenbedingungen verbindlich festgelegt wer-den.

Im Rahmen dieser Arbeit können ebenfalls nicht alle Standsicherheitsnachweise für die einzelnen Planungsvarianten geführt werden. So sind die Nachweise der Böschungs-bruchsicherheit und eingehaltener Setzungen als Rechnungen per Hand exorbitant auf-wendig und müssten gesondert unter Zuhilfenahme geeigneter Software geschehen.

Folgend werden die für die einzelnen Planungsvarianten getätigten Nachweise noch ein-mal kurz in ihrem Format beschrieben. Außerdem werden die dazugehörigen Teilsicher-heitsbeiwerte aufgeführt.

61 Vgl.: Ril 836.2001 (gültig ab 01.10.2008) 62 Vgl.: DIN 1054:2005-1, Anhang A, Tabellen A.1 bis A.6


41

6.1.1 Nachweis der Gleitsicherheit

Das allgemeine Nachweisformat lautet:

Td ≤ Rt,d + Ep,d

Td ist dabei der Bemessungswert der Beanspruchung parallel zur Fundamentsohlfläche und Rt,d der Bemessungswert des Gleitwiderstandes. Wie bereits erläutert, beträgt der passive Erddruck Ep,d = 0,00 kN/m, wonach sich das Nachweisformat ergibt zu:

Td ≤ Rt,d

Nach der DIN 105463 handelt es sich dabei um einen Nachweis des Lastfalls 1 im Grenz-zustand 1B. Die Teilsicherheitsbeiwerte lauten demensprechend für γG = 1,35 für γQ = 1,50 und für γGl = 1,10. Wichtig ist außerdem zu erwähnen, dass es sich für diesen Nach-weis bei δk um den Wandreibungswinkel von δk = 2 / 3 * φ = 2 / 3 * 35 = 23,3 ° handelt.

6.1.2 Nachweis der Sicherheit gegen Kippen

Allgemein kann gesagt werden, dass die Kippsicherheit eines Bauteils gewährleistet ist, solang die Sohldruckresultierende eine vorgeschriebene Exzentrizität nicht überschreitet. In der folgenden Prinzipdarstellung wir die Wirkung der Resultierenden veranschaulicht.

Abbildung 25: Prinzipdarstellung Kippen64

63 Vgl.: DIN 1054:2005-1, S.48 64 Quelle: Eigene Darstellung nach Rütz, 2010, S.175


42

Es handelt sich beim Kippnachweis nach der DIN 105465 um den Lastfall 1 im Grenzzu-stand 1A, woraus sich die Teilsicherheitsbeiwerte zu γG = γQ = 1,00 ergeben. Das heißt, die Berechnung der vorhandenen Ausmitten erfolgen mit charakteristischen Werten, wo-nach sich das Nachweisformat wie folgt ergibt:

Für die Resultierende der Gesamtlast: evorh ≤ ezul = b / 3

Für die Resultierende der ständigen Lasten: evorh ≤ ezul = b / 6

Wichtig ist ebenfalls zu erwähnen, dass für diesen Nachweis δ als Winkel zwischen der Vertikalen und der Sohldruckresultierenden gemeint ist und sich zu δ = tan-1(Tk / Nk) ergibt.

6.1.3 Sohlspannungsnachweis

Vereinfacht kann nach der DIN 105466 die Sicherheit gegen Grundbruch als nachgewie-sen angesehen werden, wenn folgendes Format eingehalten ist:

σ0k,vorh ≤ σ0k,zul

Dies darf jedoch nur in einfachen Fällen als Nachweis dienen, wenn vorgegebene Rand-bedingungen eingehalten sind. Da dies nahezu der Fall ist, werden folgend die Nachweise der eingehaltenen Sohlspannung für die einzelnen Planungsvarianten geführt.

Da die Resultierende der Beanspruchungen ausmittig angreift, darf nur derjenige Teil der Sohlfläche A‘ angesetzt werden, der für den Abtrag der Lasten zur Verfügung steht. Die reduzierte Sohlfläche ergibt sich danach zu A‘ = b’x * b’y = (bx – 2 * ex) * (by – 2 * ey). Auf-grund der Tatsache, dass es sich bei der Randwegkonstruktion um ein fortlaufendes Bauwerk handelt, werden alle Kräfte auf 1,00 m Länge gerechnet, womit sich b’y‘ = 1,00 m ergibt. Es berechnet sich also die reduzierte Sohlfläche mit A‘ = b – 2 * evorh.

65 Vgl.: DIN 1054:2005-1, S.46 f. 66 Vgl.: DIN 1054:2005-1, S.50 ff.


43



Td = TG,k * γG + TQ,k * γG = (0,04 + 1,29) * 1,35 + 0,23 * 1,50 = 2,15 kN/m

Rt,k = Nk * tan(δk)

Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 2,30 + 1,09 + 4,65 = 8,04 kN/m

Rt,k = 8,04 * tan(23,3) = 3,47 kN/m

Rt,d = Rt,k / γGl = 3,47 / 1,10 = 3,15 kN/m

Nachweis: Td = 2,15 kN/m ≤ 3,15 kN/m = Rt,d

� Nachweis der Gleitsicherheit erfüllt


Zulässige Ausmitte der Gesamtlast

Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 8,04 kN/m

Tk = GH1,k +GH2,k + QH1,k + QH2,k = 0,04 + 1,29 + 0,23 = 1,56 kN/m

tan(δ) = Tk / Nk = 1,56 / 8,04 = 0,19 � δ = 11,0 °

MD,k = MD,V,k + MD,H,k

MD,V,k = 2,30 * 0,06 + 1,09 * 0,31 * 4,60 * 0,31 = 1,92 kNm/m

MD,H,k = (-0,04) * 0,02 + (-1,29) * 0,27 + (-0,23) * 0,40 = -0,44 kNm/m

MD,k = 1,92 – 0,44 = 1,48 kNm/m

c = MD,k / Nk = 1,48 / 8,04 = 0,18 m

evorh = b / 2 – c = 0,50 / 2 – 0,18 = 0,07 m

ezul = b / 3 =0,50 / 3 = 0,17 m

Nachweis: evorh = 0,07 m ≤ 0,17 m = ezul

� Nachweis gegen Kippen für Gesamtlast erfüllt

Zulässige Ausmitte der ständigen Lasten

Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 8,04 kN/m

Tk = GH1,k +GH2,k = 0,04 + 1,29 = 1,33 kN/m

tan(δ) = Tk / Nk = 1,33 / 8,04 = 0,17 � δ = 9,4 °


MD,V,k = 1,92 kNm/m


44

MD,H,k = (-0,04) * 0,02 + (-1,29) * 0,27 = -0,35 kNm/m

MD,k = 1,92 – 0,35 = 1,57 kNm/m

c = MD,k / Nk = 1,57 / 8,04 = 0,20 m

evorh = b / 2 – c = 0,50 / 2 – 0,20 = 0,05 m

ezul = b / 6 = 0,08 = m


� Nachweis gegen Kippen für ständige Lasten erfüllt


σ0k,vorh = Nk / (b – 2 * evorh) = 8,04 / (0,50 – 2 * 0,07) = 22,33 kN/m²

Nachweis: σ0k,vorh = 22,33 kN/m² ≤ 55,0 kN/m² = σ0k,zul

� Nachweis der zulässigen Sohlspannung erfüllt





Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 1,58 + 0,52 + 1,39 = 3,49 kN/m

Rt,k = 3,49 * tan(23,3) = 1,51 kN/m

Rt,d = Rt,k / γGl = 1,51 / 1,10 = 1,37 kN/m





Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 3,49 kN/m


tan(δ) = Tk / Nk = 0,85 / 3,49 = 0,24 � δ = 13,7 °


MD,V,k = 1,58 * 0,06 + 0,52 * 0,21 + 1,39 * 0,21 = 0,50 kNm/m


45

MD,H,k = (-0,09) * 0,04 + (-0,60) * 0,18 + (-0,16) * 0,28 = -0,16 kNm/m

MD,k = 0,50 – 0,16 = 0,34 kNm/m

c = MD,k / Nk = 0,34 / 3,49 = 0,10 m

evorh = b / 2 – c = 0,30 / 2 – 0,10 = 0,05 m

ezul = b / 3 = 0,30 / 3 = 0,10 m




Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 3,49 kN/m

Tk = GH1,k +GH2,k = 0,09 + 0,60 = 0,69 kN/m

tan(δ) = Tk / Nk = 0,69 / 3,49 = 0,20 � δ = 11,2 °


MD,V,k = 0,50 kNm/m

MD,H,k = (-0,09) * 0,04 + (-0,60) * 0,18 = 0,11 kNm/m

MD,k = 0,50 – 0,11 = 0,39 kNm/m

c = MD,k / Nk = 0,39 / 1,49 = 0,11 m

evorh = b / 2 – c = 0,50 / 2 – 0,11 = 0,04 m

ezul = b / 6 = 0,30 / 6 = 0,05 m








46



Td = TG,k * γG + TQ,k * γG = (0,67 + 3,41) * 1,35 + (0,22 + 0,38) * 1,50 = 6,41 kN/m


Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 3,90 + 1,74 + 12,32 = 17,96 kN/m

Rt,k = 17,96 * tan(23,3) = 7,75 kN/m

Rt,d = Rt,k / γGl = 7,75 / 1,10 = 7,05 kN/m





Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 17,96 kN/m

Tk = GH1,k +GH2,k + QH1,k + QH2,k = 0,67 + 3,41 + 0,22 + 0,38 = 4,68 kN/m

tan(δ) = Tk / Nk = 4,68 / 17,96 = 0,26 � δ = 14,6 °


MD,V,k = 3,90 * 0,06 + 1,74 * 0,41 + 12,32 * 0,41 = 6,00 kNm/m

MD,H,k = (-0,67) * 0,27 + (-3,41) * 0,43 + (-0,22) * 0,02 + (-0,38) * 0,65 = -1,90 kNm/m

MD,k = 6,00 – 1,90 = 4,10 kNm/m

c = MD,k / Nk = 4,10 / 17,96 = 0,23 m

evorh = b / 2 – c = 0,70 / 2 – 0,23 = 0,12 m

ezul = b / 3 = 0,70 / 3 = 0,23 m




Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 17,96 kN/m

Tk = GH1,k +GH2,k = 0,67 + 3,41 = 4,08 kN/m

tan(δ) = Tk / Nk = 4,08 / 17,96 = 0,24 � δ = 12,8 °


MD,V,k = 6,00 kNm/m


47

MD,H,k = (-0,67) * 0,27 + (-3,41) * 0,43 = -1,65 kNm/m

MD,k = 6,00 – 1,65 = 4,35 kNm/m

c = MD,k / Nk = 4,35 / 17,96 = 0,24 m

evorh = b / 2 – c = 0,70 / 2 – 0,24 = 0,11 m

ezul = b / 6 = 0,70 / 6 = 0,12 m











Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 2,30 + 1,09+ 4,65 = 8,04 kN/m

Rt,k = 8,04 * tan(23,3) = 3,47 kN/m

Rt,d = Rt,k / γGl = 3,47 / 1,10 = 3,15 kN/m





Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 8,04 kN/m


tan(δ) = Tk / Nk = 1,95 / 8,04 = 0,24� δ = 13,6 °


MD,V,k = 2,30 * 0,06 + 1,09 * 0,31 + 4,65 * 0,31 = 1,92 kNm/m

MD,H,k = (-0,43) * 0,16 + (-1,29) * 0,27 + (-0,23) * 0,40 = -0,51 kNm/m


48

MD,k = 1,92 – 0,51 = 1,41 kNm/m

c = MD,k / Nk = 1,41 / 8,04 = 0,18 m

evorh = b / 2 – c = 0,50 / 2 – 0,18 = 0,07 m

ezul = b / 3 = 0,50 / 3 = 0,17 m




Nk = GV1,k +GV2,k + GV3,k = 8,04 kN/m

Tk = GH1,k +GH2,k = 0,43 + 1,29 = 1,72 kN/m

tan(δ) = Tk / Nk = 1,72 / 8,04 = 0,21 � δ = 12,1 °


MD,V,k = 1,92 kNm/m

MD,H,k = (-0,43) * 0,16 + (-1,29) * 0,27 = -0,42 kNm/m

MD,k = 1,92 – 0,42 = 1,50 kNm/m

c = MD,k / Nk = 1,50 / 8,04 = 0,19 m

evorh = b / 2 – c = 0,50 / 2 – 0,19 = 0,06 m

ezul = b / 6 = 0,50 / 6 = 0,08 m







Kalkulation der Kosten verschiedener Varianten

49

7 KALKULATION DER KOSTEN VERSCHIEDENENER VARIANTEN

Für den Vergleich der Wirtschaftlichkeit ist eine Kalkulation der Kosten für die Herstellung verschiedener Planungsvarianten durchzuführen. Verglichen werden folgend Randweg-konstruktionen aus Betonfertigteilen in L-Form, als Verbau mittels Altschienen und die Va-riante einer Verbreiterung durch Auffüllen des gesamten Dammes jeweils für eine zu stüt-zende Höhe von 0,50 m, 0,75 m und 1,00 m.

Basierend sind die Berechnungen auf der Planungsgrundlage „A“ und deren Planungsva-rianten „A1“ und „A2“, welche im Anhang A dieser Arbeit beigefügt sind. Bei diesen Pla-nungsvarianten handelt es sich um einen Damm, welcher eine anstehende, sowie geplan-te Böschungsneigung von 1:1,5 besitzt, sodass für die einzelnen Konstruktionen keine zusätzlichen Auffüllungen in die Kalkulation einfließen müssen. Außerdem wird davon ausgegangen, dass die Herstellung der Stützkonstruktionen im Rahmen einer umfassen-den Ertüchtigungsmaßnahme erfolgen, bei der Oberbau, Bettung und PSS erneuert wer-den. Dementsprechend ist davon auszugehen, dass der Damm bis zum Erdplanum, was der Unterkante der PSS entspricht, bereits zurückgebaut ist.

Aus diesem Grunde ist für die Herstellung der Randwegverbauvarianten an sich nicht un-bedingt die Verwendung eines Zweiwegebaggers von Nöten. Da dieser jedoch für die Demontage des Gleises Verwendung findet und somit auf der Baustelle verfügbar ist, wird jener für die Kalkulation angesetzt. Aus Erfahrungswerten belaufen sich der Werte für monatliche Abschreibung und Reparatur auf 7.500,- €, was bei einer veranschlagten Ar-beitszeit von 173 Stunden im Monat, einem stündlichen Preis von 43,35 € entspricht.

Zusätzlich ist anzumerken, dass eine Art der Kalkulation mit vorausbestimmten Zu-schlagsätzen gewählt worden ist, da nur ein Ausschnitt einer Gesamtmaßnahme betrach-tet werden soll. Die Zuschlagsätze sind für Lohn und Geräte mit 14,0 %, für verwendetes Material mit 6,5 % und für Fremdleistungen mit 3,0 % angenommen worden. Außerdem wurden, angelehnt an ein ähnliches Beispiel, der Kalkulationsmittellohn zu 37,20 € und der Lohn für den Baugeräteführer zu 35,50 € je Stunde festgeschrieben.

Den Zeichnungen im Anhang A ist ebenfalls zu entnehmen, dass der beschriebene Damm eine überschüttete Höhe von 5,20 m besitzen soll, wonach sich für die Planungsvarianten eine Böschungslänge von rund 9,00 m ergibt. Dementsprechend können keine Geräte, ein- und auszubauende Stoffe seitlich gelagert werden und müssen für jeden Arbeits-schritt gesondert antransportiert werden. Da dies jedoch für alle verglichenen Stützkon-struktionen zutreffend ist, wird der Aspekt des Transportes und der Zwischenlagerung auf der Baustelle in diesem Kapitel ausgeklammert.

Die Kalkulation ist in einzelne Lose und Titel unterteilt, wobei die Lose den verschiedenen betrachteten Höhen zugeordnet sind. So entspricht das Los 1 einer gestützten Höhe von 0,50 m, das Los 2 von 0,75 m und das Los 3 von 1,00m. Die diversen Titel hingegen be-schreiben unterschiedliche Möglichkeiten zur Gewährleistung eines Sicherheitsraumes in Form von Randwegkonstruktionen. Der Titel 1 beschäftigt sich dabei mit einer Variante


50

mit Stützelementen aus Beton in L-Form, der Titel 2 mit einer Verbaukonstruktion aus Alt-schienen und der Titel 3 mit einer seitlichen Auffüllung des gesamten Dammes.

Besonderheiten des Titels 1 – „Stützelemente Beton“ bestehen darin, dass solch eine Konstruktionsvariante bisher noch nicht in einer Ril erfasst ist. Jedoch wird, wie in Ab-

schnitt 2.4 beschrieben, auch für Stützwinkel aus Beton als Randwegkonstruktion davon ausgegangen, dass ab einer Absturzhöhe von 0,60 m Sicherungen angebracht werden müssen. Befestigt werden können diese Absturzsicherungen, in Form eines Geländers, mithilfe von Ankerschienen, die bereits in den Fertigteilelementen vorgesehen sind. Eben-falls ist unter den Stützwinkeln eine Sauberkeitsschicht aus Ortbeton herzustellen und nach örtlichen Gegebenheiten bei einer Höhe von 0,20 m an die bestehende Böschung anzugleichen. Der zuvor ausgebaute Boden soll im Nachhinein, unter lagenweiser Ver-dichtung, wieder eingebracht werden. Solche Lagen sollten eine Stärke von 0,30 m bis 0,50 m nicht überschreiten. Berechnet wird hier nur der wieder aufgefüllte Boden bis zum EPL.

Unter dem Titel 2 – „Altschienenverbau“ ist ebenfalls die notwendige Absturzsicherung ab einer gestützten Höhe von 0,60 m zu beachten. Die hier zu anzubringenden Haltevorrich-tungen für ein Geländer sind wesentlich aufwendiger auszuführen, als für den Titel 1 und können nur an den gerammten Schienen befestigt werden.

Des Weiteren wird die Kalkulation für diesen Titel immer auf die Einheit „E“ bezogen. Eine solche Einheit beschreibt einen Abschnitt, bei dem im Abstand von 2,00 m Altschienen in den Boden eingerammt und mit Schotterhalteplatten ausgefacht werden. Für eine fortlau-fende Randwegkonstruktion, wie die, die betrachtet werden soll, besteht eine herzustel-lende Einheit dementsprechend aus einer gerammten Schiene und der Anzahl der Schot-terhalteplatten, die notwendig sind, um die geforderte Höhe abzudecken.

Im Gegensatz zu der in Abschnitt 2.5.3 beschriebenen Vorgehensweise werden für Kalku-lation der Kosten die Vorgaben der aktuellen Ril 83667 berücksichtigt. Danach muss die Einbindetiefe das fünffache der gestützten Höhe betragen, mindestens jedoch 2,00 m. Da-raus ergibt sich für die Länge der einzubringenden Altschienen L = 5,00 * h + h für die be-trachteten Planungsvarianten. Praktisch werden die zuvor zurückgebauten Schienen als Altschienen für eine entsprechende Randwegkonstruktion verwendet. Diese sind im Re-gelfall Eigentum der DB und verursachen dem Ausführenden keine zusätzlichen Kosten. Da sie nichtsdestotrotz einen bestimmten Wert besitzen, wird ihr Preis mit 25,- €/m festge-legt, um die Endergebnisse vergleichbar zu gestalten. Die Schotterhalteplatten besitzen jeweils eine Höhe von 0,25 m und werden dementsprechend in benötigter Anzahl einge-baut.

Als letzte zu vergleichende Möglichkeit, das Planum zu verbreitern, wird die Verbreiterung des gesamten Dammes, im Titel 3 – „Boden auffüllen“, näher betrachtet. Hierbei ist zu beachten, dass die vorhandene Dammböschung nicht ohne weiteres mit Auffüllmaterial überschüttet werden kann. So muss zuerst der anstehende Mutterboden abgetragen wer-den, bevor das Auffüllmaterial eingebracht werden kann. Dieses Kies-Sand-Gemisch der

67 Vgl.: Ril 836.4304 (gültig ab 01.10.2008)


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Körnung 0/32 soll in Lagen mit einer Stärke von 0,50 m eingebaut und mittels einer selbst-fahrenden Schaffußwalze verdichtet werden. Anschließend kann der abgetragene Mutter-boden wieder aufgebracht und mit Saatgut angereichert werden.

Die Menge des aufzufüllenden Bodens ergibt sich aus der Länge der aufzufüllenden Dammböschung und deren Stärke, unterhalb des EPL. Aus geometrischen Bedingungen, welche die zu stützende Höhe h und den Böschungswinkel von 33,7 ° berücksichtigen, lassen sich die aufzufüllende Stärke mit d = cos(33,7) * h und die Breite der Auffüllung mit b = h / tan(33,7) berechnen. Daraus ergeben sich folgende Werte.

Tabelle 9: Berechnung Stärke und Breite der Bodenauffüllung

Los Höhe h [m] Stärke d [m] Breite b [m]

1 0,50 cos(33,7) * 0,50 = 0,42 0,50 / tan(33,7) = 0,75

2 0,75 cos(33,7) * 0,75 = 0,62 0,75 / tan(33,7) = 1,12

3 1,00 cos(33,7) * 1,00 = 0,83 1,00 / tan(33,7) = 1,50

Die spezielle Kalkulation aller einzelnen Positionen ist im Anhang B beigefügt. Nach die-ser detaillierten Betrachtung ergeben sich für alle verglichenen Varianten Preise, die nachfolgend in einem Diagramm veranschaulicht werden.


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Abbildung 26: Ergebnis kalkulierter Kosten bezogen auf 1,00 m Länge68

Berechnet sind alle Preise auf die Länge von 1,00 m und werden inklusive Umsatzsteuer ausgewiesen.

Aus den dargestellten Ergebnissen der Kalkulation ist zu erkennen, dass für eine zu stüt-zende Höhe von 0,50 m Randwegkonstruktionen aus Betonfertigteilen, oder Altschienen mit Ausfachungen wesentlich günstiger sind, als eine Verbreiterung des Dammes. Dies ändert sich jedoch schlagartig für eine zu stützende Höhe von 0,75 m. Beide erstgenann-ten Varianten sind direkt rund 100,- € preisintensiver, als die Aufschüttung zur Dammver-breiterung.

Dies ergibt sich aus der erforderlichen Absturzsicherung, welche ab einer Höhe von 0,60 m angebracht werden muss. Da diese Absturzsicherung im Regelfall aus einem Stahl-rohrgeländer besteht, welches feuerverzinkt ist und zudem gesondert befestigt werden muss, steigt der Gesamtpreis sprungartig um rund 175,- € an. Die Auffüllung des Dammes ändert sich jedoch lediglich in der Stärke des aufgetragenen Mineralgemisches, was einen proportionalen Anstieg des Gesamtpreises mit sich bringt.

Zusammenfassend ist also zu erkennen, dass die Randwegkonstruktionen aus Betonfer-tigteilen und Altschienen mit Ausfachungen für geringe Höhen, bis 0,60 m, etwa den glei-chen Gesamtpreis besitzen. Dieser liegt deutlich niedriger, als für eine Dammverbreite-rung. Für zu stützende Höhen ab 0,60 m steigt der Preis der erstgenannten Konstruktionen sprunghaft an, wobei dies für den Altschienenverbau tendenziell stärker der Fall ist. Trotzdem sind beide Varianten, aufgrund der anzubringenden Absturzsiche-


0,50 m 0,75 m 1,00 m

Stützwinkel 118,15 € 336,29 € 375,08 €

Altschienenverbau 115,44 € 350,59 € 414,08 €

Auffüllung 178,40 € 239,92 € 304,40 €

0,00 €

100,00 €

200,00 €

300,00 €

400,00 €

500,00 €P

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l. M

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rung, wesentlich preisintensiver, als die Möglichkeit einer Aufschüttung des gesamten Dammes.

Wie Abschnitt 2.5.3 zu entnehmen ist, darf eine Verbauvariante aus Altschienen mit Aus-fachungen nur bis zu einer freien Wandhöhe von 1,00 m eingebracht werden. Dementge-gen können Randwegkonstruktionen aus Beton-Fertigteil-Elementen, oder die Verbreite-rung eines Dammes praktisch größere Höhen besitzen. Auf Grundlage der Kalkulation ist festzustellen, dass sich ohne das zusätzliche Anbringen von Absturzsicherung, für alle drei Varianten eine proportionale Steigerung des Gesamtpreises ergeben würde. So kann ebenfalls nach der Befestigung der Absturzsicherungen von einem kontinuierlich anstei-genden Verlauf ausgegangen werden. Dementsprechend kann für eine zu stützende Hö-he von 1,75 m festgestellt werden, dass der Gesamtpreis für die Stützkonstruktion aus Fertigteilelementen und die Aufschüttung des Dammes gleich sind.

Über diese Höhe hinaus können Randwegkonstruktion aus Betonfertigteilen in L-Form wirtschaftlicher hergestellt werden, als die übrigen verglichenen Varianten.

Klären von Vor- und Nachteilen

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8 KLÄREN VON VOR- UND NACHTEILEN

Aus den vorangegangenen Betrachtungen ergeben sich Vor- und Nachteile von Rand-wegkonstruktionen aus Betonfertigteilen in L-Form, gegenüber anderen möglichen Varian-ten der Stützung.

So ist eine solche Ausführungsvariante recht einfach und ohne großen technologischen Aufwand herstellbar. Es sind also keine zusätzlichen Ramm-, oder Ankerbohrgeräte not-wendig. Die Stützelemente sind bereits vorgefertigt und müssen lediglich unter Zuhilfen-ahme eines Baggers auf eine vorbereitete Sauberkeitsschicht aufgesetzt und ausgerichtet werden. Dies verhindert Fehlinterpretationen in der Ausführung, wie das folgende Nega-tivbeispiel für eine Randwegkonstruktion aus Altschienen zeigt.

Abbildung 27: Randwegkonstruktion aus Altschienen (Negativbeispiel)69

69 Quelle: Aufnahme durch Ingenieurdienste Fenchel, 22.08.2006


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Bauwerke, die dementsprechend schlecht hergestellt worden sind, können ihren Verwen-dungszweck nur zum Teil erfüllen und müssen nach recht kurzer Zeit ausgebessert, oder gar ersetzt werden. Diese Spanne von Kosten kann durch einfachere Lösungen, wie bei-spielsweise Konstruktionen aus Fertigteilen, vermieden werden.

Zudem ergibt sich aus der Herstellung der Elemente im Fertigteilwerk eine hohe Maßhal-tigkeit, was zusätzlich die Ausführung vereinfacht und im Endergebnis ein optisch anspre-chendes Gesamtbild liefert.

Das Gesamtbild ist aufgrund der Verwendung von Betonelementen sehr dauerbeständig und sollte eine Lebensdauer von rund 70 Jahren besitzen. Eine vergleichbare Lebens-dauer weisen andere Randwegverbauvarianten ebenfalls auf, jedoch sind Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten geringer, als beispielsweise bei der Aufschüttung eines Dammes. Dieser muss regelmäßig beschnitten und von größerem Bewuchs befreit werden, sofern es den Eisenbahnverkehr beeinflusst.

Ein wesentlicher Vorteil von Randwegkonstruktion aus Stützelementen gegenüber dem Altschienenverbau besteht darin, dass das Gefüge des Dammes nicht beeinträchtigt wird. Durch die gerammten Schienen des Altschienenverbaus wird der gesamte Dammaufbau förmlich durchlöchert und punktuell Lasten in diesen eingetragen, was bei einer fortlau-fenden Konstruktion aus Stützelementen nicht der Fall ist. Hier werden die Kräfte kontinu-ierlich über eine bestimmte Länge in den Boden eingetragen und verursachen keine Spit-zen der Spannungen im Boden, was sich durchaus positiv auf die Dauerhaftigkeit des Bauwerks auswirkt.

Große Probleme hingegen bereiten bei fortlaufenden Stützkonstruktionen der Wasserab-fluss und Wasserstau an der bahnzugewandten Seite. Da das Oberflächenwasser die durchlässige Schotterbettung durchdringt und in Folge dessen auf die wenig wasser-durchlässige Planumsschutzschicht trifft, fließt es größtenteils auf ihr ab. Weiter bewegt sich dieses Wasser mit der Neigung des Planums von 5 % in Richtung der Stützkonstruk-tion. Hierbei kann es passieren, dass aufgrund der monolithischen Bauweise, ein Was-serstau an den Rückseiten der Fertigteile entsteht. Sollte dies der Fall sein, kann der Bo-den aufweichen und seine Tragfähigkeit verlieren. Die bisher angebotenen Fertigteile sind daher mit einem gewissen Abstand zueinander einzubauen, um den Abfluss des ankom-menden Wassers zu gewährleisten. Unabhängig der gewählten Randwegkonstruktion ist die Entwässerung des gesamten Dammes eminent wichtig. Sie kann durch offene Ent-wässerungsmaßnahmen, wie einen Bahngraben, oder durch geschlossene Lösungen, wie Tiefenentwässerungen, am Dammfuß erfolgen.

Es ist jedoch trotzdem als günstig zu betrachten, dass bereits Stützwinkel von Firmen, wie der EHL AG, angeboten werden, die für das Lastmodell 71 bemessen worden sind. Sie können zumindest als Grundlage verwendet werden, um weiterführende Betrachtungen anzustellen, oder ZiE und UiG für geplante Projekte zu erhalten.

Diese Erläuterung zeigt das momentan größte Problem für Randwegkonstruktionen aus Betonfertigteilen in L-Form, gegenüber anderen auf. Zum aktuellen Zeitpunkt ist für jede einzelne Planungsvariante eine Zustimmung im Einzelfall und unternehmensinterne Ge-nehmigung der DB einzuholen. Dies bringt natürlich einen immensen Aufwand an Zeit,


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Bürokratie und somit Kosten mit sich, was eine wirtschaftliche Herstellung gegenwärtig noch unmöglich macht.

Sollte dies jedoch künftig nicht mehr der Fall sein, sind Stützkonstruktionen aus Betonfer-tigteilen durchaus günstig herzustellen. Für kleinere Höhen, bei denen keine Absturzsi-cherung von Nöten ist, liegt das preisliche Niveau in etwa bei dem eines Altschienenver-baus. Aufgrund der Absturzsicherung, ab einer gewissen Höhe, steigt dieses sprunghaft an. Zwar ist festzustellen, dass die Kosten einer Dammverbreiterung proportional anstei-gen, jedoch tun sie das auch stärker, als für andere Konstruktionen. Daraus ergibt es sich, dass eine Variante aus Fertigteilelementen für Höhen ab 1,75 m wirtschaftlicher herzustel-len ist, als alle anderen Randwegverbauten. Fraglich ist jedoch, ob praktische Beispiele existieren, bei denen Randwegverbauten eine Höhe über 1,75 m überschreiten, oder sie dann als gesonderte Stützbauwerke betrachtet werden müssen.

Besonders wichtig für den Bauablauf ist zudem die Art der Baumaßnahme. Sofern es sich um einen umfangreichen Umbau handelt, bei dem der Verkehr auf dem Gleis eingestellt ist, können die Arbeiten ohne zusätzliche Maßnahmen erfolgen. Soll jedoch der Betrieb der Strecke aufrechterhalten werden und der Druckbereich der Bahn durch die Abgrabun-gen tangiert sein, so sind temporäre Maßnahmen zur Stützung erforderlich.

Für eine Herstellungsvariante mit Winkelstützelementen kann dies aufgrund des ausla-denden Sporns in Richtung des Gleises recht schnell passieren und ist vorab einzukalku-lieren. Sollte es der Fall sein, dass temporäre Stützvarianten zur Herstellung notwendig sind, wird der Gesamtpreis wesentlich ansteigen. Dementsprechend sind dann andere Ar-ten des Randwegverbaus zu bevorzugen, sofern dies möglich ist.

Fazit

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9 FAZIT

Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse ist es folgend möglich ein Fazit zu ziehen, sowie einen Ausblick zu geben. Allgemein können diese Erkenntnisse als Grundlage verwendet werden, um die Aufnahme einer Randwegkonstruktion aus Betonfertigteilen in L-Form in die Ril 836 auf den Weg zu bringen.

Weiter muss vertiefend geklärt werden, ab welchen Absturzhöhen eine Sicherung anzu-bringen ist. Für die Wirtschaftlichkeit spielt es eine wesentliche Rolle, ob diese Absturzsi-cherung ab einer Höhe von 0,60 m, wie für Pfosten mit Ausfachungen70, oder erst ab 1,00 m, wie für dauerhafte Stützbauwerke71, angebracht werden muss. Da für die betrachtete Konstruktionsvariante noch keine Festlegungen innerhalb der Richtlinien getroffen sind, ist in Zusammenarbeit mit der DB eine solche zu definieren.

Des Weiteren sind die, im Rahmen dieser Arbeit, nicht betrachteten Nachweise zu führen, um die Gesamtstandsicherheit und die Beeinflussung des Dammkörpers, durch die Randwegkonstruktion, nachzuweisen. Dazu gehören eine, durch entsprechende Software gestützte, Betrachtung der Bauwerkssetzungen und des Böschungsbruches. Dafür ist es zusätzlich notwendig, eine allgemein verbindliche zulässige Sohlnormalspannung eines aufgefüllten Bodens im Dammbereich zu ermitteln, für den Fall, dass die gewählten Fertig-teil-Stützelemente keine Einbindetiefe besitzen. Jedoch kann für die betrachteten praxis-nahen Planungsvarianten festgestellt werden, dass die Standsicherheit unter Berücksich-tigung des Kippens, Gleitens und vereinfachten Grundbruches, für eine Höhe bis zu 1,00 m gegeben ist.

Detaillierte Betrachtungen sind ebenfalls noch im Bereich des Wasserabflusses bzw. des Wasserstaus ausstehend. Hier muss vertiefend betrachtet werden, wie viel des Oberflä-chenwassers sich tatsächlich an der Rückseite der Elemente sammelt und ob nicht, zu-sammen mit Fertigteilherstellen, Elemente entwickelt werden können, bei denen Öffnun-gen für den Wasserabfluss bereits vorgesehen sind. Sollte dies der Fall sein, sodass die Teile nicht mehr lückenhaft aufzustellen sind, können sie durch Verbindungen untereinan-der die geotechnischen Eigenschaften noch einmal wesentlich verbessern.

Solange Randwegkonstruktionen aus Betonfertigteilen die ZiE und UiG benötigen, um hergestellt werden zu dürfen, sind sie gegenüber anderen Verbauvarianten nicht konkur-renzfähig und dienen höchstens als Speziallösung für besondere Gegebenheiten.

Falls sie jedoch perspektivisch in die Ril 836 aufgenommen werden sollten, besitzen sie unter den richtigen Randbedingungen bessere Eigenschaften, als bestehende Varianten. So sind sie bis zu der Höhe, ab der Absturzsicherungen angebracht werden müssen preisgünstiger, als beispielsweise eine Dammaufschüttung, oder eine Konstruktion mit rückverankerten Pfosten und Ausfachungen.

70 Vgl.: Ril 836.4304 (gültig ab 01.10.2008) 71 Vgl.: Ril 836.0511 (gültig ab 20.12.1999)

Fazit

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Weiterhin sind sie auch dann einsetzbar, wenn keine Verbreiterung des Dammes möglich ist. Dies kann beispielsweises durch topografische Einflüsse, oder Bestehen anderer Inf-rastruktur der Fall sein. Zwar kann dies zwar auch durch Auffüllen des Dammes erreicht werden, jedoch wird sich daraus eine Neigung des Dammes ergeben, die größer ist, als 1:1,5. Eine solche Ausführungsvariante kann nur durch geogitterbewehrte Randwegstütz-körper erfolgen, welche zusätzlich die ZiE und UiG erfordern. Aus diesem Grunde ist für die zuvor genannten Rahmenbedingungen eine Konstruktion von Stützelementen aus Be-tonfertigteilen bevorzugt anzuwenden.

Weiter ist davon auszugehen, dass jene Variante eines Randwegverbaus auch für Haupt-bahnen der DB verwendet werden darf, auf denen Streckengeschwindigkeiten von mehr als 120 km/h zulässig sind. Detailliert muss dies natürlich seitens der DB bestätigt und ebenfalls Rahmenbedingungen dafür geschaffen werden. Sollte es perspektivisch der Fall sein, ist eine Konstruktionsvariante aus Beton-Fertigteilen, verglichen mit denen, in der Ril 836 beschriebenen Randwegverbauten, durchaus als gleichwertig zu betrachten.

So benötigen geogitterbewehrte Randwegstützkörper auch für solche Streckenkategorien eine ZiE und UiG, Konstruktionen aus Altschienen mit Ausfachungen sind gar nicht zuge-lassen und Rückverankerte Pfosten mit Ausfachungen sind nur äußerst kostenintensiv herzustellen.

Zusammengefasst kann also festgestellt werden, dass Betonfertigteile in L-Form durchaus sinnvoll als Randwegkonstruktionen eingesetzt werden können. Perspektivisch müssen nun die erforderlichen Nachweise erbracht werden, um eine solche Variante mit allge-meingültigen Randbedingungen in die Ril 836 aufnehmen zu können. Sobald dies erfolgt ist, können Randwegkonstruktionen aus Betonfertigteilen in L-Form als zeitgemäße und wirtschaftliche Ausführungsvariante betrachtet werden, momentan noch nicht.

Anhang A

IX

Anhang A

Der Anhang A beinhaltet folgend die Querprofile der verschiedenen Planungsgrundlagen und geplanten Varianten als Ergänzung zu Kapitel 3.

Anhang B

XVI

Anhang B

Der Anhang B beinhaltet folgend die detaillierte Kalkulation der einzelnen Planungsvarian-ten als Ergänzung zu Kapitel 7.

Literaturverzeichnis

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Literaturverzeichnis

Buch (Monographie)

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Freystein u.a. 2005 FREYSTEIN, Hartmut ; MUNKE, Martin ; SCHOLLMEIER, Peter: Handbuch : Entwerfen von Bahnanlagen. 1. Aufl. Hamburg : Eurailpress 2005. – ISBN 3-7771-0333-0

Göbel u.a. 2004 GÖBEL, Claus ; LIEBERENZ, Klaus: Handbuch : Erdbauwerke der Bahnen. 1. Aufl. Hamburg : Eurailpress 2004. – ISBN 3-7771-0317-9

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Rütz u.a. 2010 RÜTZ, Detlef ; WITT, Karl Josef: Aufgabensammlung Geotechnik. 3. Aufl. Weimar : Eigenverlag Geotechnik Weimar 2010.

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Inhalt der CD Rom

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Inhalt der CD Rom

Bachelorarbeit.pdf Bachelorarbeit im PDF - Format

Anhang A Ordner beinhaltet die Querprofile des Anhangs A im PDF - Format

Anhang B.pdf Kalkulation der Randwegkonstruktionen im PDF - Format

Inhalt der CD Rom

XXXVIII

Eigenständigkeitserklärung

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