Köpenicker Landstraße 280, 12437 Berlin Tel.: (030) 63 95 ... · 6 Straßenbefestigung...

1 PEBA Prüfinstitut für Baustoffe GmbH

Köpenicker Landstraße 280, 12437 Berlin Tel.: (030) 63 95 80 - 0 Fax: (030) 63 95 80 - 50

Bemessung von Straßenkonstruktionen nach den RStO 12

2

Inhalt

1. Anforderung an den Straßenkörper und die Straßenbefestigung

2. Bemessung 2.1 Standardisierung nach den RStO-12 2.2 Baugrund und Untergrundverhältnisse 2.3 Oberbau

3. Erneuerung von Fahrbahnen 4. Fazit

3

RStO 12 - Warum eigentlich?

Neue Erkenntnisse insbesondere Zunahme der Verkehrsbelastung und Veränderung der Verkehrszusammensetzung

Erfahrungen der Straßenbaulastträger mit den Bauweisen in der Fortschreibung berücksichtigt

Konstruktive Veränderungen,

bewährte Grundprinzipien wurden jedoch beibehalten

4


5

Asphaltbauweise Damm

Einschnitt


6

Straßenbefestigung StraßenbefestigungTragschicht


Untergrund/ Unterbau (anstehender Boden/

Aufschüttung bei Damm)

Asphalt (Deck- und Binderschicht) Beton, Pflaster

• lastverteilende Wirkung • Verhinderung des Eindringens von Oberflächenwasser • lange Haltbarkeit (geringer Abrieb, Alterung) • guter Fahrkomfort (Ebenheit, Rollgeräusche) • Verkehrssicherheit (Griffigkeit) • geringe Lärmentwicklung

Fahrbahndecke

7

2. Bemessung

8

2. Bemessung

Aufgabe der Bemessung (Baustoffe und Schichtdicken)

Keine unzulässigen

Spannungen und Verformungen

im Straßenoberbau/ Straßenuntergrund

wirtschaftlich

konstruktiv

ausführungstechnisch

strategisch

9

2. Bemessung

• aktueller Ergebnisse der Baustoffforschung

• Einbeziehung vorh. Baugrundes, Klima etc …

• Standardisierung (Mindestanforderungen)

Bemessung

Rechnerisch (Theoretische

Rechenverfahren)

Empirisch (langjährige Erfahrungen)

• idealisiert: elastisch isotroper Halbraum (Hooksches Gesetz: s = E e) • Überlagerung von Spannungen und Verformungen

„Dimensionierungssoftware (FE-Methoden theoretische Berechnung von Deflektionsmulden z. B. BISAR)“ RStO 12

10

2. Bemessung

2.1 Standardisierung nach den RStO-12

11

2. Bemessung

RStO 01

Bemessungsrelevante Beanspruchung B Bauklassen

SV, I bis VI

RStO 12

Dimensionierungsrelevante Beanspruchung B

Belastungsklassen Bk100 bis Bk0,3

bislang Neu:

12

Belastungsklasse Bk 3,2 - Bk 100: Besondere Beanspruchungen

Verkehrsflächen können besonderen Beanspruchungen durch Schwerverkehr unterliegen, z. B.

- bei spurfahrendem Verkehr und enger Kurvenfahrt - bei langsam fahrendem Verkehr - bei häufigen Brems- und Beschleunigungsvorgängen

- in Kreuzungs- und Einmündungsbereichen

- bei Stellflächen - bei stehendem oder „Stop-and-go-Verkehr“.

2. Bemessung

13

FORSCHUNGSGESELLSCHAFT FÜR STRASSEN_ UND VERKEHRSWESENARBEITSGRUPPE FAHRZEUG UND FAHRBAHN

Richtlinien für die

Standardisierung des Oberbauesvon Verkehrsflächen

RStO 01

Ausgabe 2001

2. Bemessung

Bestimmung der Belastungsklasse durch Verkehrsbelastung

Belastungsklasse nach Dimensionierungsrelevanter

Beanspruchung B (Verkehrszählung/ rechnerisch)


RStO 12

14

Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung Für die Ermittlung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B ist i. d. R. Nutzungszeitraum von 30 Jahren und ein äquiv. 10 t- Achsübergang anzunehmen.

PKW spielen bei der Bemessung keine Rolle, da 16.000 PKW nur soviel Schäden wie 1 LKW mit einer 10 t- Achse anrichten.

Die Berechnungsformeln sind dem Anhang 1 der RStO 12 zu entnehmen.

2. Bemessung

Schadenwirkung nach 4.Potenzgesetz

1t 1t 7,5 t 9,5 t 10,0 t 10,0 t

15

Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung

2. Bemessung

BK III

BK V und VI

Bei einer dimensionierungs-relevanten Beanspruchung größer 100 Mio. sollte der Aufbau mit Hilfe der RDO dimensioniert werden.

16

Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B

Methode 2: anhand von Achslastdaten setzt die Kenntnis von detaillierten Achslastdaten voraus 2.1 (variablen Faktoren) 2.2 (konstante Faktoren)

Methode 1: aus DTV(SV) –Werten wenn nur DTV (SV) Angaben vorliegen 1.1 (variablen Faktoren) 1.2 (konstante Faktoren)

2. Bemessung

17

Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung 365321

)( zBmSV ffffqDTANB

ASVSV fDTVDTA )()(

Berechnung für Fahrstreifen mit der höchsten Verkehrsbelastung durch SV-Verkehr unter Berücksichtigung • geplanter Anzahl der Fahrstreifen im Querschnitt • Breite des Fahrstreifens • Längsneigung

2. Bemessung

Gewichtete äquival. 10t-Achsübergänge

Anzahl der Jahre des zugrunde gelegten Nutzungszeitraumes

Durchschnittl. Anzahl der tgl. Achsübergänge (Aü) des SV

Durchschnittl. tgl. Verkehrs-stärke des SV

Durchschnittl. Achszahl pro Fahrzeug des SV (Achszahlfaktor)

Fahrstreifen- faktor

Lastkollektivquotient

Fahrstreifen- breitenfaktor

Steigungsfaktor

Mittlere jährl. Zunahme des SV

Bmq

AfAfA

18

Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B

fA leicht erhöht

2. Bemessung

Auswertung von Achslastmessungen der BASt

19


qBm leicht erhöht

2. Bemessung

21


2. Bemessung

Bemessungsrelevante Beanspruchung B

Dimensionierungsrelevante Beanspruchung B

DTV(SV) 2005 RStO 01 RStO 12

6923 Kfz/ 24 h 60,26 Mio. 81,94 Mio.

aus Sieber, R. "Die neuen Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen", 01/2013 asphalt

Äquvalente 10 t-Achsübergänge in Mio.Daten einer

Verkehrserhebung

+ 36%

3.619 Kfz/ 24 h

Bk 100 (Bk SV) = Σ 34 cm Bk 32 (Bk I) = Σ 30 cm

42,8 Mio. 31,5 Mio.

22

FORSCHUNGSGESELLSCHAFT FÜR STRASSEN_ UND VERKEHRSWESENARBEITSGRUPPE FAHRZEUG UND FAHRBAHN

Richtlinien für die

Standardisierung des Oberbauesvon Verkehrsflächen

RStO 01

Ausgabe 2001

RStO 12

Bestimmung der Belastungsklasse durch Verkehrsbelastung

Belastungsklasse nach dimensionierungsrelevanter

Beanspruchung B (Verkehrszählung/ rechnerisch)

Belastungsklasse nach

Straßenkategorie (RASt)

2.1 Standardisierung nach den RStO 12


23

Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung


Größere Differenzierung der Belastungsklasse möglich !

24

Bauklassen und Verkehrsbeanspruchung Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung


Wahl der Belastungsklasse nach der tatsächlich

vorhandenen Verkehrsbelastung!

25

2. Bemessung

2.1 Standardisierung nach den RStO-12

2.2 Baugrund und Untergrundverhältnisse

26

• jeweilige Frostempfindlichkeitsklasse des Untergrundes, in dem das Bauvorhaben liegt, zu berücksichtigen.

Es werden folgende Frostempfindlichkeitsklassen unterschieden:

F 1 - frostsicher, nicht frostempfindlich F 2 - gering bis mittel frostempfindlich F 3 - sehr frostempfindlich

• Trag- und Verformungsverhalten des Untergrundes/ Unterbaues und Frostempfindlichkeit sind heranzuziehen • Frostsicherer Straßenaufbau ist so zu bemessen, dass auch während der Frost- und Auftauperioden keine schädlichen Verformungen entstehen

2.2 Baugrund/ Untergrundverhältnisse

27

Auswirkungen der Frostempfindlichkeit auf d. Dimens. d. Oberbaus erforderliche Mindestdicke richtet sich nach:

• Frostempfindlichkeitsklasse des Bodens • maximalen Frosteindringtiefe des betreffenden Gebietes.

als Richtwert

2.3 Oberbau

F1-Boden: FSS kann entfallen, wenn: • bzgl. Verdichtungsgrades die Anforderungen der ZTV SoB-StB an FSS erfüllt • bis in eine Tiefe von 1,20 m Frostzone I, 1,30 m Frostzone II, 1,50 m Frostzone III unter Fahrbahnoberfläche reicht.

28

Beurteilung der Frostempfindlichkeit

Örtliche Verhältnisse:

Verringerung/ Erhöhung der Dicke der Frostschutzschicht bewirken (Mehr- oder Minderdicken) • Frosteinwirkzone • Lage der Gradiente • Wasserverhältnisse

Auswirkungen auf den Oberbau

2.3 Oberbau

RStO 12: Mehr- oder Minderdicke = A + B + C + D + E

29


Frosteinwirkzone

Aktualisierte Frostzonenkarte • Max. Frostindex FI30 ohne Berücksichtigung der Beeinflussung d. Bebauung • Auswertung der Daten von 221 Wetter- stationen (1955/56 – 2004/5)

Frosteinwirkzone I Frosteinwirkzone II Frosteinwirkzone III

2.3 Oberbau

30

2.3 Oberbau


Ausführung der Randbereiche

31


Wasserverhältnisse Zuschläge aufgrund regionaler Erfahrungen

Ungünstige Wasserverhältnisse:

• Grundwasser < 1,50m unter Planum • kalten Zonen mit maximalen Frosteindring- tiefen > 1,0 m und mit im Regelfall häufigen Frost- Tauwechseln

2.3 Oberbau

32


Lage der Gradiente

2.3 Oberbau

33

2.3 Oberbau

34

Mehr- oder Minderdicken infolge örtlicher Verhältnisse gem. RStO 12 2.3 Oberbau

RStO 12: Mehr- oder Minderdicke = A + B + C + D + E

Neuregelung: Bis 1,5 m Grund- oder Schichtenwasser

Neuregelung: Kein Zuschlag im Bereich + 0,0 bis 2,0 m

Kleinräumige Klimaunterschiede zusätzlich mit aufgenommen

Außerhalb geschl. Ortslage: konkretisiert Innerhalb geschl. Ortslage: zusammengefasst Abzug reduziert

Neue Frostzonenkarte

35

Erforderliche Schichtdicke von Tragschichten ohne Bindemittel 2.3 Oberbau

Wahl des Schichtenaufbaus in Abhängigkeit

• der Belastungsklasse

• der im Oberbau zu verwendenden Materialien und

• des Untergrundes

36

Erforderliche Schichtdicke von Tragschichten ohne Bindemittel 2.3 Oberbau

1 MN/m² = 1 MPa

37

3. Erneuerung von Fahrbahnen

38 3. Erneuerung von Fahrbahnen

Restsubstanz

Tragfähigkeit Zustand/ Leistungsfähigkeit der Entwässerungseinrichtungen

Art und Zustand, Alter und Eignung

für vorgesehene Funktion (einschl. Untergrund/ Unterbau)

Oberflächenzustand und bisherige Verkehrsbelastung

Festlegung einer Erneuerungsbaubauweise

39


Bewertung der strukturellen Substanz der vorhandenen Befestigung

40

• Ermittlung der Ursachen für Oberflächenzustand • Eignung der vorhandenen Befestigung (einzelner Schichten des Untergrundes/Unterbaues)


Insbesondere sind festzustellen:

Darüber hinaus sind die sonstigen im Rahmen der Zustandserfassung und -bewertung erfassten Zustandsmerkmale, Schäden und deren Ursachen bei der Festlegung einer zweckmäßigen Erneuerungsbauweise zu berücksichtigen.

Zustandsmerkmale einzeln oder in Kombination

• Art, Dicke und Eigenschaften (Mischgut- ggf. Bindemitteluntersuchungen) der einzelnen Schichten • Art des Untergrundes/Unterbaues (insbesondere Frostempfindlichkeitsklasse, Wasserverhältnisse) • Schichtenverbund • Umfang der Untersuchungen in Abhängigkeit des vorhandenen Schadensbildes

41

Bestimmung der Tragfähigkeit ergänzend zur Zustandsbewertung

• auch zur Ermittlung visuell nicht erkennbarer Schwachstellen • zur Festlegung von Erneuerungsabschnitten gleicher Tragfähigkeit. • in Kombination mit Georadarmessungen zur Ermittlung homogener Abschnitte für die Festlegung von BK-EST

Erfahrungshintergrund: Messungen der Tragfähigkeit unmittelbar zur Ermittlung der erforderl. Schichtdicke für die Erneuerung herangezogen werden.


Benkelman- Messungen zur Ermittlung der Durchbiegung (Tragfähigkeit)

42

Tragfähigkeitsuntersuchungen (Bewertung visuell nicht erkennbarer

Schwachstellen)

Wahl der Erneuerungsart

1. Vollständiger Ersatz der vorhandenen Befestigung

Erneuerung der Fahrbahn erforderlich

Befestigungsdicke muss an die gestiegene Verkehrsbeanspruchung angepasst werden

Abschätzung der Restsubstanz Festlegung der Erneuerungsmaßnahme


2. Teilweiser Ersatz der vorhandenen Befestigung

3. Erneuerung auf der vorhandenen Befestigung

43

Auswahlkriterien: • Verbesserung der Gradiente und/ oder der Querneigung • Höhenzwangspunkte (ggf. grundhaft oder zeitbefristet) • Geplante Querschnittserweiterung • Dichte Folge von Überführungsbauwerken mit begrenzter lichter Höhe • Verkehrsführung (Umleitungsstecken) • Streifenweise Erneuerung • Stufenweise Erneuerung (bei Asphaltbauweisen) • Überbaubarkeit (Belastbarkeit) von Bauwerken und Rohrleitungen • Nicht frostsichere Verkehrsflächen • Berücksichtigung der Art und Ausführung später geplanter Auf- und

Ausbaustufen • Eignung der vorhandenen Schichten für die künftige Funktion • Verwendbarkeit (Wiederverwendbarkeit) ausgebauter Materialien (auch Kaltbauweise KRC-Verfahren)


44


Die Entscheidung für eine der 3 Bauweisen wird entsprechend den örtlichen und wirtschaftlichen Gegebenheiten getroffen.

Asphaltbauweise Betonbauweise Pflasterbauweise

45

Begrifflichkeiten • „Asphaltdecke“ = Asphaltdeck- + Asphaltbinderschicht • Bauklasse = Belastungsklasse (eindeutiger Bezug auf die vorh.

Verkehrsbelastung, Bezug auf gemessene Achslasten) Bk III Bk 3,2 und Bk 1,8 Bk V und VI Bk 0,3 Annahmen zur Verkehrsbelastung • Flexible Anpassung der Dimensionierung an tatsächl. Verkehrs-

beanspruchung • Annahmen zur Verkehrsbelastung (fA und qBM) realitätsnäher

Dimensionierung auf der „sicheren Seite“ • „Deckelung“ der höchsten Belastung (Bk 100) Dimensionierung sollte

nach RDO erfolgen (BAB) bauvertragliche Regelungen werden derzeit noch erstellt

• Detailliertere Zuordnung der Verkehrsflächen zu den Belastungsklassen Bessere Einschätzung der Entwurfssituation im Kommunalen Bereich

4. Fazit

Konstruktive Veränderungen, bewährte Grundprinzipien wurden beibehalten

46

Annahmen zu den örtlichen Verhältnissen • F1 –Böden Konkretisierung der Anforderungen • Frosteindringtiefe: neue Frostzonenkarte - relativierte Betrachtung unter

Einbeziehung des Extremwinters 1962/63 • Örtliche Verhältnisse insgesamt konkretisiert

Erneuerung von Fahrbahnen • Erneuerungsklassen fallen weg

Insgesamt höhere Sicherheit gegenüber vorzeitigem Versagen

Kritische Anwendungen für hohe Verkehrsbelastungen ausgeschlossen

4. Fazit

Konstruktive Veränderungen, bewährte Grundprinzipien wurden beibehalten

47

Prof. Dr.-Ing. D. Großhans, Dipl.-Ing. Sandra Kaden

…Grenzen für die standardisierte Bemessung

48

Prof. Dr.-Ing. D. Großhans, Dipl.-Ing. Sandra Kaden

PEBA Prüfinstitut für Baustoffe GmbH Köpenicker Landstraße 280 12437 Berlin [email protected] Tel.: (030) 63 95 80 - 0 Fax: (030) 63 95 80 - 50

Köpenicker Landstraße 280, 12437 Berlin Tel.: (030) 63 95 ... · 6 Straßenbefestigung...

Documents

Transcript of Köpenicker Landstraße 280, 12437 Berlin Tel.: (030) 63 95 ... · 6 Straßenbefestigung...