Variantenuntersuchung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

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1 Variantenuntersuchung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Schlaglochsanierung VSVI Seminar Nr. 12a-2013/2014 Asphaltschäden - Schadensursachen und Schadensbeseitigung Chemisch Technisches Laboratorium Heinrich Hart GmbH Zentrale: Robert-Bosch-Str.7; Neuwied; Niederlassung Köln: Siegburgerstraße ; Köln; Kalibrierstelle Pfronten: Birkenweg 9; Pfronten; Sebastian Mertes M.Eng. Labor Hart

2 Themenbereiche: 1. Definition eines Schlagloches 2. Regelwerk 3. Vorgehensweise bei der Variantenuntersuchung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 4. Erkenntnisse 5. Bewertungsmatrix Sebastian Mertes M.Eng. 2

3 Was ist ein Schlagloch? Unregelmäßig geformter Ausbruch unterschiedlicher Ausdehnung und Tiefe in der Verkehrsfläche Definition nach Begriffsbestimmung Teil Straßenbautechnik, Ausgabe 2003 der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV), Arbeitsgruppe Sonderaufgaben Schadenstyp: Resultiert: Substanzmängel Aus nicht frühzeitig erkannten und sanierten Schädigungen der Straßensubstanz Sebastian Mertes M.Eng. 3

4 Aktuelles Regelwerk: Die Regelung der technologischen und technischen Möglichkeiten erfolgt in den Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für die bauliche Erhaltung von Verkehrsflächen Asphaltbauweise kurz ZTV BEA-StB unter der Rubrik Instandhaltung Sebastian Mertes M.Eng. 4

5 Zukünftiges Regelwerk: In den kommenden Jahren erscheint das Merkblatt für Reparaturasphalt kurz M Rep A, es enthält voraussichtlich: detaillierte Angaben zum Vorgehen bei der Schlaglochsanierung genaue technische Anforderungen an Kaltmischgut Ist in der Verbindung mit der ZTV BEA-StB, ZTV/TL Asphalt-StB anzuwenden Sebastian Mertes M.Eng. 5

6 Mögliche Instandhaltungsmaßnahmen von Straßenausbrüchen gemäß ZTV BEA-StB, Tabelle 4: Ausbessern mit Asphaltmischgut: Kaltasphalt Reaktionsasphalt Warmasphalt Gussasphalt Sebastian Mertes M.Eng. 6

7 Ausbesserung mit Asphaltmischgut entsprechend ZTV BEA-StB 09: Flächenanteil der auszubessernden Fläche < 5% Lufttemperatur > 3 C Wetterverhältnisse müssen trocken sein Vorbereitung der Schadstelle: Auf Mindesttiefe abfräsen oder stemmen Anschlüsse begradigen Lose Bestandteile entfernen und staubfrei reinigen Anschlüsse durch polymermodifiziertes Bindemittel oder anschmelzbares Fugenband vorbereiten Aufbringen eines Haftmittels Einbringen des Mischgutes Sebastian Mertes M.Eng. 7

8 Alltägliches Vorgehen: bei schlechten Witterungsbedingungen bei Temperaturen unter 3 C Vorbereitende Arbeiten wie: Auf Mindesttiefe abfräsen oder stemmen, Anschlüsse begradigen, Anschlüsse durch polymermodifiziertes Bindemittel oder anschmelzbares Fugenband vorbereiten, werden häufig aus Zeit- und Kostengründen nicht durchgeführt. Sebastian Mertes M.Eng. 8

9 Vorgehensweise bei der Variantenuntersuchung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Schlaglochsanierung im Rahmen der Master-Thesis: Auswahl von typischen Reparaturmaterialien Entwicklung eines realitätsnahen In-Situ-Probefeldes (künstliche Schlaglöcher); Liegedauer 2-3 Monate Auswahl von labortechnischen Untersuchungen an Hand signifikanter Parameter Auswertung der Erkenntnisse nach baupraktischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten Prognostizierung der Lebensdauer Vollkostenbetrachtung Entwicklung einer Bewertungsmatrix Sebastian Mertes M.Eng. 9

10 Untersuchte Reparaturmaterialien/-varianten: Bei der Auswahl der verwendeten Reparaturvarianten wurden in erster Linie die durch den KSK Koblenz eingesetzten Produkte ausgewählt: Kaltmischgut, Lose Ware Sebastian Mertes M.Eng. 10

11 Untersuchte Reparaturmaterialien/-varianten: Kaltmischgut, Eimerware Sebastian Mertes M.Eng. 11

12 Untersuchte Reparaturmaterialien/-varianten: Walzasphalt 0/5 Sebastian Mertes M.Eng. 12

13 Untersuchte Reparaturmaterialien/-varianten: Gussasphalt, Lose Ware; Einbau mittels Gussasphaltkocher Sebastian Mertes M.Eng. 13

14 Weitere Produktinnovationen: Kaltmischgut, Lose Ware Vorbehandlung Untergrund mit Bindemittel auf Polyurethanbasis Sebastian Mertes M.Eng. 14

15 Weitere Produktinnovationen: Gussasphalt in Pelletform, Eimerware Einbau mittels Gussasphaltkocher Sebastian Mertes M.Eng. 15

16 Weitere Produktinnovationen: Gussasphalt in Pelletform, Eimerware Einbau mittels Flammgerät Sebastian Mertes M.Eng. 16

17 In-Situ-Probefeld: Trierer Straße (L416), im Koblenzer Stadtteil Metternich gleichmäßige Beanspruchung aller Probefelder durch Verkehr und Umwelt hohe Verkehrsbelastung (rd Kfz/24h) 8 Probefelder je 5 Probeflächen mit den Abmessungen: Breite: 25 bzw. 45 cm Länge: 45 bzw. 65 cm Tiefe: ca. 4 cm Sebastian Mertes M.Eng. 17

18 Durchgeführte Untersuchungen während des Feldversuches: Dokumentationen: der Verformung der Probefelder der Verkehrsbelastung der Witterungsbedingungen Sebastian Mertes M.Eng. 18

19 Durchgeführte Untersuchungen an Ausbauproben: Visuelle Begutachtung der entnommenen Bohrkerne Volluntersuchung des Mischgutes ohne Betrachtung der Bindemitteleigenschaften Bestimmung des Schichtenverbundes Bestimmung der Haftzugfestigkeit Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit Zusätzliche Untersuchungen zur Verdichtung Sebastian Mertes M.Eng. 19

20 Herstellen der künstlichen Schlaglöcher, Ende November 2012: Erstellen von realitätsnahen Ausbrüchen durch: Vermeiden von möglichst glatten Stellen (durch Fräsen oder Schneiden) Verzicht auf Vorbereitende Arbeiten gemäß ZTV BEA-StB Sebastian Mertes M.Eng. 20

21 Bohrkernentnahme, Mitte Februar 2013 (Liegedauer 2,5 Monate): Bei den Probefeldern, die mit Kaltasphalt, Lose Ware verfüllt wurden, war die Entnahme von intakten Ausbauproben nicht möglich. Das Material wies keinerlei Beständigkeit gegen die mechanische Einwirkung auf löste sich während der Bohrung in seine Bestandteile auf konnte mittels Handspachtel ohne große Mühe ausgebaut werden Sebastian Mertes M.Eng. 21

22 Auswertung der Dokumentation der Verformung: Verformung in cm nach einer Liegedauer von 2,5 Monaten Gussasphalt Lose Ware; Einbau Gussasphaltkocher 0 Kaltasphalt Eimerware 2,5 Warmasphalt 1 Gussasphalt Eimerware; Einbau Gussasphaltkocher Gussasphalt Eimerware; Einbau Flammgerät 0 0 Kaltmischgut Lose Ware 1,5 Sebastian Mertes M.Eng. 22

23 Auswertung der Zusammensetzung der Reparaturmaterialien: Von den verwendeten Reparaturmaterialien entsprach lediglich der verbaute Gussasphalt (Eimerware) den Anforderungen der TL Asphalt-StB 07 Eigenschaften eines MA 5 S Verwendung bis Belastungsklasse BK 100, gemäß RStO 12 Sebastian Mertes M.Eng. 23

24 Auswertung Hohlraumgehalt / Verdichtungsgrad, Wasserdurchlässigkeit: 0 26,4 23,8 0 35,5 24,7 5,4 4,8 15, , ,9 76, Kalt. Lose Ware - nicht ermittelbar 0 Hohlraumgehalt Ausbau-/Laborprobe [V.-%] Hohlraumgehalt MPK [V.-%] Verdichtungsgrad Ausbau-/Laborprobe [%] Wasserdurchlässigkeit [m/s] Guss. Lose Ware; Einbau Gussasphaltkocher Warmaspahlt Guss. Eimerware, Einbau Flammgerät Kalt. Eimerware Guss. Eimerware; Einbau Gussasphaltkocher Kalt. Lose Ware Sebastian Mertes M.Eng. 24

25 Sebastian Mertes M.Eng. 25

26 Prognostizierung der Lebensdauer: Vorgehensweise: 1. Entwicklung eines Punktesystems aus der Dokumentation der Verformung der Probefelder den ermittelten labortechnischen Kenngrößen 2. Wichtung der ermittelten Punkte der einzelnen Parameter, je nach Einfluss auf die Lebenserwartung des Reparaturmaterials 3. Prognostizierung der zu erwartenden Lebensdauer auf Grundlage der sich ergebenden unterschiedlichen Punkte der gewonnenen Eindrücke aus dem Feldversuch Sebastian Mertes M.Eng. 26

27 Zu erwartende höchste Lebensdauer: Gussasphalt, Eimerware, Einbau mittels Gussasphaltkocher überdurchschnittliche Ergebnisse à labortechnische Untersuchungen TL Asphalt-StB 07 konform Die übliche zu erwartende Lebensdauer eines Gussasphaltes, wird in der Fachliteratur mit über 25 Jahre eingeschätzt. Es wurde für die erwartete Lebensdauer bei der Sanierung von Schadstellen ein Drittel dieser Zeit angesetzt. Zu erwartende geringste Lebensdauer: Kaltasphalt, Lose Ware Keine labortechnischen Untersuchungen (fehlende Ausbauproben) Einschätzung an Hand von vorhandenen Beobachtungen der Verformungen und den Erfahrungswerten des KSK Koblenz Die Lebenserwartung wurde mit einem halben Jahr angenommen. Sebastian Mertes M.Eng. 27

28 Für die restlichen Reparaturvarianten wurden die Lebenserwartungen wie folgt abgeschätzt: Gussasphalt Lose Ware; Einbau Gussasphaltkocher 6 Jahre Kaltasphalt Eimerware 1 Jahre Warmasphalt 1 Jahr Gussasphalt Eimerware; 8 Jahre Einbau Gussasphaltkocher Gussasphalt Eimerware; Einbau Flammgerät 3 Jahre Kaltasphalt Lose Ware; 0,5 Jahre Sebastian Mertes M.Eng. 28

29 Ermittlung der Kosten für die Sanierung einer 1 m² großen Ausbruchstelle je cm Einbaudicke: Ziel: Ermittlung der kostengünstigsten Reparaturvariante (Herstellungskosten) Ermittlung der kostengünstigsten Reparaturvariante über definierten Betrachtungszeitraum von 8 Jahren Betrachtung der Kosten für: definierte Tageseinbauleistung kleinste Reparaturen Je nach Lage der Schadstelle im: verkehrsberuhigtem Bereich fließendem Verkehr Sebastian Mertes M.Eng. 29

30 Ermittelte Kosten für Tageseinbauleistung im beruhigtem Bereich: Herstellungskosten Kosten pro Jahr, Betrachtungszeitraum 8 Jahre 70,54 70,12 51,59 38,14 35,92 16,67 8,6 8,82 23,37 17,96 Gussasphalt Lose Ware; Einbau Gussasphaltkocher Kaltasphalt Eimerware Warmasphalt Gussasphalt Eimerware; Einbau Gussasphaltkocher Gussasphalt Kaltasphalt Eimerware; Lose Ware Einbau Flammgerät Sebastian Mertes M.Eng. 30

31 Auffälligkeiten bei der Kostenermittlung: Herstellungskosten: Je geringer die Tageseinbauleistung ist, desto teurer wird die Unterhaltungsarbeit Fix-Kostenanteil: Personalkosten (Vor-/Nachbereitungsarbeiten) Variabler Kostenanteil: An-/Abfahrtskosten Personalkosten Kosten im Betrachtungszeitraum von 8 Jahren: Reparaturvarianten mit hohen Herstellungskosten gleichen dies durch ihre Langlebigkeit im Gegensatz zu günstigeren Varianten aus. Sebastian Mertes M.Eng. 31

32 Erkenntnisse Kaltmischgut, Lose Ware: Eine Aussage hinsichtlich der Verbundwirkung und der Wasserdurchlässigkeit konnte nicht erfolgen Beide eingebauten Varianten stellten die Verkehrssicherheit kurzfristig wieder her Es handelt sich jedoch um Provisorien und nicht um eine dauerhafte Lösung Eine hohlraumarme Konstruktion kann auf Grund der unstetigen Korngrößenverteilung des Gesteinskörnungsgemisches nicht erreicht werden Nachteile: Hohe Unterhaltungskosten Geringe Lebenserwartung Nicht TL-Asphalt konform Vorteile: Geringe Vor-/Nachlaufzeit Keine zusätzlichen Geräte Keine Abhängigkeit von Dritten Direkte Verkehrsfreigabe Sebastian Mertes M.Eng. 32

33 Erkenntnisse Kaltmischgut, Eimerware: Das eingebaute Kaltmischgut musste bereits nach 2 Monaten in der Versuchsstrecke erneuert werden. Auf Grund des hohen Hohlraumgehaltes à Folge der unzureichenden Verdichtung somit unzureichende Verformungsbeständigkeit hohe Wasserdurchlässigkeit Nachteile: Hohe Unterhaltungskosten Geringe Lebenserwartung Nicht TL-Asphalt konform Vorteile: Geringe Vor-/Nachlaufzeit Keine zusätzlichen Geräte Keine Abhängigkeit von Dritten Direkte Verkehrsfreigabe Empfehlung: Verdichtung mittels Rüttelplatte und nicht durch Handstampfer Sebastian Mertes M.Eng. 33

34 Erkenntnisse Warmasphalt: Geliefertes Asphaltmischgut wies eine Körnung 0/11 mm à nicht TL Asphalt-StB 07 konform Nachteile: Abgabe von Mindestabnahmemengen Einbau zeitlich begrenzt (T<140 C) Vorhalten von zusätzlichen Reparaturmaterial Zusätzliche Gerätschaften Zusätzliche Wegstrecken Zusätzliche Verkehrssicherungskolonne Keine direkte Verkehrsfreigabe Abhängig von Dritten (Öffnungszeiten) Vorteile: Mittlere Unterhaltungskosten Geringe Vor-/Nachlaufzeiten Kann TL-Asphalt konform geliefert werden Empfehlung: Regelmäßige Kontrolle des Mischgutes durch unabhängiges Prüflabor à zur Sicherstellung hoher Qualität Verdichtung mittels Rüttelplatte und nicht mittels Handstampfer Sebastian Mertes M.Eng. 34

35 Erkenntnisse Gussasphalt, Lose Ware: Nachteile: Hohe Vor-/Nachlaufzeit Vorhalten von zusätzlichem Reparaturmaterial Hoher Feinanteil (73 M.-%) à kurzfristig verformungsanfällig Zusätzliche Gerätschaften Zusätzliche Verkehrssicherungskolonne Keine direkte Verkehrsfreigabe Nicht TL-Asphalt konform Vorteile: Geringe Unterhaltungskosten Keine zeitliche Einbaubegrenzung Keine Abhängigkeit von Dritten (lagerfähiges Material) Sebastian Mertes M.Eng. 35

36 Erkenntnisse Gussasphalt-Pellets, Eimerware: Nachteile: Keine direkte Verkehrsfreigabe Zusätzliche Gerätschaften, Verkehrsicherungskolonne (Einbau Gussasphaltkocher) Vorteile: TL Asphalt-StB 07 konform (entspricht MA 5 S) Sehr geringe bis mittlere Unterhaltungskosten Lange Lebenserwartung Keine zeitliche Einbaubegrenzung Keine Abhängigkeit von Dritten (lagerfähiges Material) Einbau zeitlich nicht begrenzt 2 Einbauvarianten à Gussasphaltkocher (Tageseinbauleistung) à Flammgerät (kleine Reparaturfläche) Flammgerät ist für kurzfristige, kleine Reparaturmaßnahmen von Vorteil: Vermeiden der hohen Vor-/Nachlaufzeiten durch Gussasphaltkocher Kein Vorhalten von zusätzlichen Reparaturmaterialien Sebastian Mertes M.Eng. 36

37 Empfehlungen Gussasphalt Einbau mittels Gussasphaltkocher: Einbautemperatur 200 C bis 230 C Einbaumasse sollte homogen fließ-/streichfähig sein Vorbehandlung des Untergrundes: Auf Primer oder Haftmittel kann verzichtet werden Es ist ein besonderes Augenmerk auf das optimale Vorheizen des Untergrundes zu legen à Temperaturdifferenz zwischen Untergrund und Reparaturmaterial sollte so gering wie möglich sein! ohne Vorheizen optimales Vorheizen Zur Schonung des Bestandasphaltes, aufheizen mittels indirekter Hitzebestrahlung Sebastian Mertes M.Eng. 37

38 Bewertungsmatrix: Um einen besseren Vergleich der einzelnen Reparaturvarianten untereinander und den Entscheidungsträgern von Kommunen und Straßenverwaltungen die Wahl der wirtschaftlichsten und dauerhaftesten Unterhaltungsmaßnahme zu ermöglichen, wurden die ermittelten Ergebnisse der einzelnen Parameter in einer Bewertungsmatrix zusammengestellt. Sebastian Mertes M.Eng. 38

39 Fazit: Es ist zu bedenken: Dass jeder zusätzliche Eingriff in den fließenden Verkehr weitreichende umwelttechnische und volkswirtschaftliche Folgen mit sich bringt. Wie zum Beispiel: Erhöhte CO 2 -Belastung Erhöhte Lärmbelästigung Zeitverluste Aus umwelttechnischer und volkswirtschaftlicher Sicht sollte von daher auf den Einsatz von günstigen Reparaturmaterialien, die nur eine geringe Lebenserwartung aufweisen, verzichtet werden! Sebastian Mertes M.Eng. 39

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