Erprobungsstrecke Schnelles Bauen. Vorbereitung einer baulichen Erhaltungsmaßnahme mit kompakter Asphaltbefestigung

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1 Erprobungsstrecke Schnelles Bauen Vorbereitung einer baulichen Erhaltungsmaßnahme mit kompakter Asphaltbefestigung Luckau 20. August 2015 Dipl.-Geologe B. Dudenhöfer ASPHALTA Prüf- und Forschungslaboratorium GmbH Berlin Gliederung Grundlagen der kompakten Asphaltbefestigung o Regelwerke o Definition o Besonderheiten und Anforderungen o Einbauverfahren Zustandsbild der vorhandenen Strecke: o Bauphasen und Alter der Schichten o Zustandserfassung- und -bewertung 2008/12 o Ortsbegehungen 2014 und 2015 Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes o Konzept o Untersuchungsergebnisse 2 1

2 Grundlagen der kompakten Asphaltbefestigungen Dipl.-Geol. B. Dudenhöfer B 101n, Kompakte Asphaltbefestigungen Regelwerk 4 2

3 Kompakte Asphaltbefestigungen Definition Kompakte Asphaltbefestigungen Eine Kompakte Asphaltbefestigung heiß auf heiß besteht aus einer Asphaltdeckschicht aus Walzasphalt und einer Asphaltbinderschicht, die unmittelbar hintereinander eingebaut werden. Die Verdichtung beider Schichten erfolgt dabei in einem Arbeitsgang. aus: ZTV Asphalt-StB 07/13 Kompakte Asphaltbefestigungen sind zweischichtig eingebaute Walzsphalte, bei deren Einbau die Wärmekapazität der unteren Schicht genutzt wird, um die dünne obere Schicht besser verdichten zu können. Dadurch wird der Schichtenverbund sichergestellt. aus: Merkblatt für den Bau Kompakter Asphaltbefestigungen M KA, Ausgabe Kompakte Asphaltbefestigungen Ziele der Anwendung Verbesserung der Voraussetzungen für die Verdichtung Zuverlässiger Schichtenverbund infolge Verzahnung bzw. Verklebung der beiden Schichten und damit bessere Ableitung der Schubkräfte aus der Asphaltdeckschicht Hohe Verformungsbeständigkeit und gutes Langzeitverhalten. Einsparung besonders hochwertiger Baustoffe im Hinblick auf die Griffikeit und die Helligkeit aufgrund reduzierter Asphaltdeckschichtdicke aus: Merkblatt für den Bau Kompakter Asphaltbefestigungen, Ausgabe

4 Kompakte Asphaltbefestigungen Ziele der Anwendung Weitere Ziele: Einbau von Asphaltdeck- und Asphaltbinderschicht in einem Arbeitsgang Verkürzung der Bauzeit Reduzierung der Deckschichtdicke beim Neubau bedeutet Reduzierung der Deckschichtdicke im 1. Erhaltungszyklus Bietet erweiterte Möglichkeiten zum Einbau dünner, lärmtechnisch optimierter Asphaltdeckschichten auch bei ungünstiger Jahreszeit 7 Kompakte Asphaltbefestigungen Anforderungen Anforderungen an die eingebaute Schicht: Bei Kompakten Asphaltbefestigungen darf der Verdichtungsgrad in der Asphaltdeck- und in der Asphaltbinderschicht den Grenzwert von 99 % nicht unterschreiten. aus: ZTV Asphalt-StB 07/13, Abschnitt

5 Kompakte Asphaltbefestigungen Besonderheiten Einbautechnologie: Bei den Bauverfahren für Kompakte Asphaltbefestigungen heiß auf heiß sind Spezialfertiger oder zumindest modifizierte konventionelle Fertiger erforderlich. Verdichtungstechnik: Durch die gemeinsame Verdichtung von Asphaltdeck- und Asphaltbinderschicht in einem Arbeitsgang sind ein besonderes Walzregime und spezielle Walzen erforderlich. Asphaltmischgut: Für den Einbau in kompakter Bauweise müssen die Asphaltmischgutrezepturen und die Mischguttemperaturen auf die speziellen Bedingungen angepasst werden. 9 Kompakte Asphaltbefestigungen Besonderheiten Disposition der Einbaumengen: Um einen unterbrechungsfreien Einbau mit gleichbleibender Einbaugeschwindigkeit zu gewährleisten, müssen ausreichende Liefermengen für Asphaltmischgut disponiert werden. Übergabetechnik: Zur Zuführung des Asphaltmischgutes sind Übergabegeräte erforderlich. Es müssen Maßnahmen für eine verwechslungsfreie Beschickung der Fertiger getroffen werden 10 5

6 Kompakte Asphaltbefestigungen Einbauverfahren Einbauverfahren heiß auf heiß heiß auf warm Variante Beschreibung mit einem Fertiger mit zwei unmittelbar hintereinander fahrenden Fertigern Fertiger Spezialfertiger Zwei modifizierte konventionelle Fertiger mit zwei hintereinander fahrenden Fertigern Zwei konventionelle Fertiger Einbaubreite (2,50) 3,00 bis 13,25 m 3,00 bis 8,00 m 3,00 bis 12,50 m Übergabegerät erforderlich erforderlich nicht erforderlich Befüllung des Fertigers für die obere Schicht Fahrspur neben der Einbaubahn zur Asphaltmischgutanlieferung Verdichtung der unteren Schicht vor Einbau der oberen Schicht mit Übergabegerät mit Übergabegerät Direktbefüllung oder Übergabegerät nicht erforderlich nicht erforderlich erforderlich Vorverdichtung durch Fertiger Vorverdichtung durch Fertiger Vorverdichtung durch Fertiger und Walzverdichtung Befahren der unteren Schicht - mit dem Fertiger für die obere Schicht mit Lieferfahrzeugen und Fertiger für die obere Schicht Abschließende Verdichtung beide Schichten gemeinsam beide Schichten gemeinsam Verdichtung der oberen Asphaltschicht Walzeneinsatz eine Walzengruppe eine Walzengruppe zwei Walzengruppen Schutz der Kanten bzw. Nahtflankenbereiche beim Befahren Nutzung des Wärmepotentials der unteren Schicht nicht erforderlich nicht erforderlich Ist gegebenenfalls vorzusehen vollständig nahezu vollständig teilweise Schichtenverbund verzahnt verzahnt verklebt, teilweise verzahnt Abstand der Fertiger - konstant variabel und beeinflussbar 11 Einbauverfahren für Kompakte Asphaltbefestigungen Verfahren 3 heiß auf warm 12 6

7 Einbauverfahren für Kompakte Asphaltbefestigungen Verfahren 2 (Inline Pave) 13 Einbauverfahren für Kompakte Asphaltbefestigungen Verfahren 1 (Kompaktmodulbauweise) 14 7

8 Einbauverfahren für Kompakte Asphaltbefestigungen Verfahren 1 (Kompaktmodulbauweise) 15 Einbauverfahren für Kompakte Asphaltbefestigungen Verfahren 1 (Kompaktmodulbauweise) 16 8

9 Einbauverfahren für Kompakte Asphaltbefestigungen Verfahren 1 (Kompaktmodulbauweise) - Verdichtungstechnik 17 Einbauverfahren für Kompakte Asphaltbefestigungen Verfahren 1 (Kompaktmodulbauweise) - Verdichtungstechnik 18 9

10 Zustand des favorisierten Straßenabschnittes Dipl.-Geol. B. Dudenhöfer 19 Historie B 102, 013 bis 70 zwischen Dahme/Mark und Luckau ca. 16,2 km Gesamtstreckenlänge: Ortsdurchfahrt: Kemlitz ( 060 und 050) und Uckro ( 070) Bauphasen: o 1991/1992: 3-schichtiger Hocheinbau (AB 0/11, ABi 0/16, Asphalttragschicht 0/32) auf historische Fahrbahnbefestigung mit Asphaltdecke o 2001: Oberflächenbehandlung 015 bis 040 o 2003: Grundhafte Erneuerung 013 und 015 km 0,000 0,200 o 2005: Oberflächenbehandlung Erprobungsstrecke Schnelles Bauen mit kompakter Asphaltbefestigung Dahme/ Mark 070 1, ,675 (4,950) 050 1,740 (5,450) 040 0, , , , ,063 Luckau 20 10

11 Zustandserfassung- und -bewertung Zustandserfassung- und -bewertung (2008): o Alter: 16/17 Jahre und 3 bis 7 Jahre nach OB o Fahrtrichtung von Luckau nach Dahme/Mark o Partielle Überschreitungen: o Warnwert (Längsebenheit) o Schwellenwert (Griffigkeit, fiktive Wassertiefe) o Auffällige Abschnitte: o 015, 020, 030, 050, 060 und 070 Dahme/ Mark 070 1, ,675 (4,950) 050 1,740 (5,450) 040 0, , , , ,063 Luckau Bauphase 1991/ Zustandserfassung- und -bewertung Zustandserfassung- und -bewertung (2012): o Alter: 20/21 Jahre und 7 bis 11 Jahre nach OB o Fahrtrichtung von Luckau nach Dahme/Mark o Partielle Überschreitungen: o Warnwert (Längsebenheit, Spurrinnentiefe) o Schwellenwert (Griffigkeit, fiktive Wassertiefe) o Auffällige Abschnitte: o 015, 020, 050, 060 und 070 Kompaktasphalt Kompaktasphalt Dahme/ Mark 070 1, ,675 (4,950) 050 1,740 (5,450) 040 0, , , , ,063 Luckau Bauphase 1991/

12 Ortsbegehung 2014 polierte Oberflächen im Bereich der Fahrzeugspuren 23 Ortsbegehung 2014 polierte Oberflächen im Bereich der Fahrzeugspuren 24 12

13 Ortsbegehung 2014 polierte und bindemittelreiche Oberflächen 25 Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes Dipl.-Geol. B. Dudenhöfer 26 13

14 Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes Bauen im Bestand Bei der Planung und Vorbereitung einer Baumaßnahme im Bestand (Bauliche Erhaltung / Erneuerung) sind Kenntnisse über den Zustand, die Ursachen für Schäden sowie die Bauweisen und Baustoffe zwingend erforderlich. Hierzu müssen Untersuchungen am Bestand durchgeführt werden. aus: ZTV BEA-StB 07/13 In Abhängigkeit vom Erhaltungsziel muss entschieden werden, welche Schichten in der Konstruktion belassen werden können. Es empfiehlt sich, bei der Beurteilung schrittweise vorzugehen. 27 Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes Anforderungen an Untersuchungs- und Erprobungsstrecken Mit Erprobungsstrecken soll das Gebrauchsverhalten von Baustoffen, Bauweisen oder Bauverfahren unter üblichen Bau-, Umwelt- und Verkehrsbedingungen messtechnisch erfasst werden. Um den Erprobungszweck zu erreichen, darf begründet auch auf die im Vergaberecht vorgesehenen Ausnahmeregelungen zurückgegriffen und von einzelnen für Bauausführung und Mängelansprüche geltenden Vorschriften und Richtlinien abgewichen werden. Um eine objektive Beurteilung der erprobten Bauweise oder der hierfür eingesetzten Baustoffe und Baustoffgemische vornehmen zu können, müssen erhöhte Anforderungen an die Homogenität der Unterlage gestellt werden

15 1. Visuelle Erfassung des Zustandes der Fahrbahnoberfläche Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes Entscheidung 2. Tragfähigkeitsmessung 3. Griffigkeitsmessung 4. Bohrkernentnahme/Sondierungen 5. Baustoffuntersuchungen 29 Bauliche Erhaltung Quelle: RPE-Stra 01 Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes (örtlich-punktuelle oder kleinflächige Maßnahmen) Instandhaltung (Bauliche Unterhaltung) (z.b. Vergießen von Rissen, kleinflächige Flickarbeiten) Instandsetzung (größerflächige Maßnahmen) Erneuerung I 1 auf der Asphaltdeckschicht (z.b. Oberflächenbehandlung, Dünnschichtbelag) I 2 an der Asphaltdeckschicht (z.b. Rückformen, Ersatz der Asphaltdeckschicht) E 1 an der Asphaltdeck- und -binderschicht (z.b. Hoch- oder Tiefeinbau von Asphaltbinderund Asphaltdeckschicht) E 2 an Tragschichten / am Oberbau (z.b. Verstärkung, Tiefeinbau einschließlich Tragschichten) 30 15

16 Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes Bauen im Bestand Im vorliegenden Fall wurde von der üblichen Systematik abgewichen, da das Erhaltungsziel im voraus feststand Erneuerung mit Ersatz der Asphaltdeck- und Asphaltbinderschicht. 31 Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes Auftrag: Untersuchung der Asphalttragschicht zur Eignung als Unterlage für eine kompakte Asphaltbefestigung Daraus resultierende Fragen: Ist das Tragverhalten homogen im Längs- und Querprofil und ausreichend für die vorliegende Belastungsklasse Welchen Aufbau hat die Fahrbahnbefestigung und gibt es Unterschiede im Quer- und Längsprofil? Welche Schichten der Konstruktion können im Straßenkörper verbleiben ohne dass Nachteile für die neue Fahrbahn entstehen? (Mindestrestnutzungsdauer 20 Jahre) Wie sind die Asphaltschichten der vorhandenen Asphaltdeck- und Asphaltbinderschicht nach bautechnischen Kriterien hinsichtlich der Wiederverwendung zu klassifizieren Einstufung nach TL AG-StB? Wie sind die Straßenausbaustoffe nach umweltrelevanten Kriterien hinsichtlich der Wiederverwendung zu klassifizieren BTR RC-StB? 32 16

17 Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes Konzept: 1. Einsenkmessungen mit dem Benkelman-Balken alle 50 m je Richtungsfahrbahn -> Beurteilung der Homogenität des Tragverhaltens 33 Voruntersuchungen 2014 Tragfähigkeitsmessungen Einsenkungsmessung mit dem Benkelman-Balken B , km 1,810-4,810, RF Luckau Kilometrierung [km] 1,800 2,300 2,800 3,300 3,800 4,300 4,800 0,000 9,0 Einsenkung [mm] 0,200 0,400 0,600 9,5 10,0 10,5 Temperatur [ C] 0,800 11,0 Einsenkungswert [mm] Einsenkungsgrenzwert BKL II [mm] Einsenkungsgrenzwert BKL IV [mm] Einsenkungsgrenzwert BKL VI [mm] Einsenkungsgrenzwert BKL I [mm] Einsenkungsgrenzwert BKL III [mm] Einsenkungsgrenzwert BKL V [mm] Oberflächentemperatur [ C] 34 17

18 Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes Konzept: 1. Einsenkmessungen mit dem Benkelman-Balken alle 50 m je Richtungsfahrbahn -> Beurteilung der Homogenität des Tragverhaltens 2. Entnahme von 18 Bohrkernen aus 6 Querprofilen ca. alle 500 m Untersuchung der Asphaltdeck- und -binderschicht nach TL AG-StB und auf potentiell pechhaltige Ausbaustoffe Untersuchungen an der Asphalttragschicht: Zusammensetzung und Eigenschaften im Vergleich zur heutigen Standardmischgutsorte für die Belastungsklasse Eigenschaften der eingebauten Schicht Beurteilung des Alterungsfortschrittes über die Eigenschaften des zurückgewonnenen Bitumens 35 Probenahme 2014 Entnahmeprofil der Zustandserfassung 36 18

19 Tiefe [cm] Untersuchungsjahr Untersuchungsjahr Voruntersuchungen 2014 Konstruktionsaufbau i.m. 4,5 cm i.m. 4,6 cm Untersuchungsjahr Oberflächenbehandlung Asphaltdeckschicht Asphaltbinderschicht Asphalttragschicht Asphaltbefestigung (Alt) Makadamdecke Walzschotterdecke 45 Dahme/ Mark 070 1, ,675 (4,950) 050 1,740 (5,450) 040 0, , , , ,063 Luckau Bauphase 1991/ Konstruktionsaufbau 1,0 cm Oberflächenbehandlung (2005) 3,5 7,5 cm Asphaltbetondeckschicht 0/11 (1991/92) 3,0 5,0 cm Asphaltbinderschicht 0/16 (1991/92) 5,5 22,0 cm Asphalttragschicht 0/32 (1991/92) cm Altbefestigung (teilweise mit Makadamdecke) auf gering bis mittel (F 2) bzw. sehr (F 3) frostempfindlichem Untergrund 38 19

20 Dynamischen Scherrheometer (DSR) Schnelle Prüfung mit sehr wenig Bitumen (ca. 5 g) Voruntersuchungen 2014 Asphalttragschicht Aussage über das visko-elastische Verhalten im Gebrauchstemperaturbereich: Komplexen Schermodul G* Bereich der Penetration Bereich Erweichungspunkt RuK kompl. Schermodul [Pa] Höhere Steifigkeit entspricht Standardbereich der Prüfung. gegenüber einem Referenzbitumen einer fortgeschrittenen Alterung Untersuchungen bis -20 C möglich! Temperatur [ C] Messstelle Nr. 1 und 2 Messstelle Nr. 3 und 4 Messstelle Nr. 5 und 6 Referenzbitumen 50/70 39 Dynamischen Scherrheometer (DSR) Schnelle Prüfung mit sehr wenig Bitumen (ca. 5 g) Voruntersuchungen 2014 Asphalttragschicht Aussage über das visko-elastische Verhalten im Gebrauchstemperaturbereich: Phasenwinkel δ 90,0 80,0 70,0 Ideal viskos (z. Bsp. Wasser) Phasenwinkel [ ] 60,0 50,0 40,0 30,0 Trendlinie von Straßenbaubitumen immer mit asymptotischer Annäherung 20,0 10,0 Ideal elastisch (z. Bsp. Stahl) 0, Temperatur [ C] Messstelle Nr. 1 und 2 Messstelle Nr. 3 und 4 Messstelle Nr. 5 und 6 Referenzbitumen 50/

21 Ergebnis der Voruntersuchungen 2014 Zusammenfassung: 1. Homogene Tragfähigkeitseigenschaften, eine Dickenverstärkung ist nicht erforderlich 2. Asphaltdeck- und binderschicht können wiederverwendet werden 3. Asphalttragschicht entspricht einer heutigen Mischgutsorte AC 22 T S: 1. Bindemittel unterscheidet sich um zwei Viskositätsstufen von einem Neubitumen 50/70 (ehemals B65). 2. Die zu erwartende Änderung der Eigenschaften mit zunehmender Alterung (PAV- Laborsimulation) ist als positiv zu beurteilen. Die vorhandene Unterlage ist für eine Deckenerneuerung in kompakter Asphaltbauweise geeignet! 41 Herzlichen Dank für ihre Aufmerksamkeit ASPHALTA Prüf- und Forschungslaboratorium GmbH Halenseestraße/Innenraum AVUS Nordkurve Berlin +49 (30) prueflabor@asphalta.de 42 21