Vorstellung der Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaus von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht (RDO Asphalt)

Transkript

1 Vorstellung der Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaus von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht (RDO Asphalt) Frohmut Wellner Workshop Neue Regelwerke zur Workshop Neue Regelwerke zuruniv.-prof. Dimensionierung des Oberbaus Dr.-Ing. habil. Frohmut Wellner 9. Dezember Technischen 2010 in Köln Universität Dresden 1

2 Einführung I ra e b Ü n u t i e b r! g n 2

3 Einführung Neues Regelwerk Warum? 3

4 Ausgangspunkt Technische Sicht: Ständig wachsende Verkehrsbelastung - Klimaveränderungen - Rohstoff- / Preissituation - 4

5 Realität! 5

6 Realität? Ursachen? Qualität (Ausführung, Baustoffe, Planung... erhöhte Anforderungen (Verkehrsbelastung, Klimaänderungen...)... 6

7 B-Zahl über die Nutzungsdauer Erfahrungshintergrund 250, ,01 200,00 B-Zahl ,01 150, ,01 100, ,00 50,00 24, , Jahre 7

8 B-Zahl über Nutzungsdauer B-Zahl über die Nutzungsdauer Erfahrungshintergrund ,00 196,01 200,00 B-Zahl ,01 150, ,01 100, ,00 50, ,50 0, Jahre 8

9 Bauklassenzuordnung zu B-Zahlen 300,0 220,0 250,0 n i e N 200,0 B-Zahl?! Bauklasse SV+ 150,0 1 Bauklasse? 100,0 Was tun? 32,0 50,0 0,0 0,1 0,3 0,8 3,0 10,0 0,0 0,1 0,3 0,8 3,0 VI V IV 32,0 10,0 6 Bauklassen!I II III SV Bauklasse 9

10 Ausgangspunkt Technische Sicht: Ständig wachsende Verkehrsbelastung - Klimaveränderungen - Rohstoff- / Preissituation - Vertragliche Sicht: Übergang von empirischen zu funktionalen Anforderungen in Bauverträgen in Deutschland - Übergang von empirischen zu fundamentalen Spezifikationen im Zusammenhang mit den Europäische Normen - 10

11 Einordnung In Brüssel notifiziert, In Deutschland eingeführt 11

12 Einführungsschreiben des BMVBS Darüber können RDO Asphalt 09 auch bei Auf derhinaus Grundlage derdie RDO Asphalt können alternativ konventionellen Bauverträgen im Rahmen zu den standardisierten Bauweisen nachvon den RStO 01 Gemäß Beschluss der Bund/Länder Dienstbesprechung Nebenangeboten außerhalb des Wettbewerbes Asphaltoberbauten rechnerisch dimensioniertzur werden Straßenbautechnik ist die rechnerische Dimensionierung Erfahrungssammlung herangezogen werden. Damit besteht nach den RDO Asphalt grundsätzlich nur bei A- undbei Fdie Möglichkeit, ein nicht wertbares Nebenangebot Modellen, sonstigen ÖPP - Straßenbauprojekten sowie einem an erster Stelle liegenden Bieter auf der Grundlage Funktionsbauverträgen der RDO Asphalt 09 als zugelassen. brauchbar einzustufen und darauf den Zuschlag zu erteilen.... Weitere Regelungen hinsichtlich der bauvertraglichen Abwicklung eines solchen Nebenangebotes sind dann für den jeweiligen Einzelfall vor Zuschlagserteilung festzulegen. 12

13 Empfehlungen Beton In Bearbeitung! Nach 3. Abstimmung des Entwurfes im LA 7 vor 4 Wochen verabschiedet. Fortführung: Einarbeitung in TL / ZTV!! 13

14 Übersicht Forschungsgesellschaft für Straßen und Verkehrswesen Arbeitsgruppe Infrastrukturmanagement + Frostsicherheit 14

15 Verkehrsbelastung Verkehrslasten in Deutschland Sch w erverkehr: 3,5 t G esam tgew icht bis 11,5 t Achs last = 5,75 t R adlast m ittlere R eifenko ntaktp ressu ng : 0,6... 0,8 M Pa Entwicklung: A ch slast R eifenp ressu ng A n zah l der F ahrzeu ge 11,5 t 13 t? 0,8 M Pa 1,0 M P a? ständige Z unahm e 15

16 Verkehrsbelastung Lastkollektiv BAB Fernverkehr*) >20 % 2, , , , ,7032 4,9098 1,6540 0,2087 0,0126 0,0007 0,0001 t Achslastklassen im 1t-Intervall: 25% überwiegend stadtnaher Verkehr 20% rel. Häufigkeit Autobahnen Bei Bei 100 = Bei Mio Mio AÜ AÜ = ,7Mio MioAÜ = überwiegend Fernverkehr 15% Mischverkehr 10% 22: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1-2 0% 01: 0-1 5% Achslastklasse [t] BAB Fernverkehr BAB Mischverkehr BAB Stadtnaher Verkehr 16

17 Verkehrsbelastung Lastkollektiv BAB Fernverkehr*) >20 % 2, , , , ,7032 4,9098 1,6540 0,2087 0,0126 0,0007 0,0001 Achslastklassen im 1t-Intervall: Autobahnen Bei 100 Mio AÜ in 30 Jahren! Σ = 1,8761 Mio AÜ! 25% überwiegend stadtnaher Verkehr überwiegend Fernverkehr Mischverkeh r Bei 100 Mio AÜ in 30 Jahren = Fhz SV / 24 h 16: : : : : : : : : : : : : : : 1-2 0% 01: 0-1 5% 22: % 21: % 20: rel. Häufigkeit 20% 19: : : t 0-2 Achslastklasse [t] BAB Fernverkehr BAB Mischverkehr BAB Stadtnaher Verkehr 17

18 Materialkennwerte Forschungsgesellschaft für Straßen und Verkehrswesen Arbeitsgruppe Infrastrukturmanagement 18

19 Asphalt 19

20 Materialkennwerte - Asphalt - Abgestimmt innerhalb der FGSV erschienen - Einführung in EN? 20

21 Vergleichswerte (Ermüdungsfunktionen Asphalt) Lastwechselzahl! Elastische Anfangsdehnung 21

22 Ermüdungsfunktion nach AL Sp Die Ermüdungsfunktionen sind in folgender Form anzugeben: C 2 N = C ε Makro 1 el, anf mit: NMakro [-] Anzahl der Lastwechsel bis Makroriss εel,anf [ ] anfängliche elastische Horizontaldehnung in Probekörpermitte C1, C2 [-] materialspezifische Parameter, durch Regression zu ermitteln Material Bestimmtheitsmaß Asphaltdeckschicht Asphaltbinderschicht Asphalttragschicht R² > 0,90 R² > 0,90 R² > 0,80 22

23 Ermüdungsfunktion nach RDO 23

24 Steifigkeitsmodul-Temperaturfunktion Steifigkeitsmodul [N/mm²] ! ATS 1 ATS 01 ATS 2 ATS 02 ATS 3 ATS Temperatur [ C] 24

25 Tragschichten ohne Bindemittel/ Böden - Verformungsparameter - 25

26 Verformungsparameter ToB: 26

27 Ev2- Werte für Böden: 27

28 Vorgehensweise Ausgangs-/Kontrollwerte (Ev2-Wert) Rechenwerte (Schichtmoduln E) Ev2=?? (100/120/150) MPa Ev2= EUG (5 bis 80) MPa ToB E1 =?? MPa UG EUG =?? (5 bis 80) MPa 28

29 Vergleichswerte für ToB und Böden 29

30 HGT/Bodenverfestigung 30

31 Verformungskennwerte HGT/Bodenverfestigung 31

32 Vergleichswerte für HGT/Bodenverfestigung

33 Materialkennwerte Forschungsgesellschaft für Straßen und Verkehrswesen Arbeitsgruppe Infrastrukturmanagement 33

34 Temperaturzonenkarte 34

35 Temperaturverläufe 20 18, ,7 Zone 1 16, ,3 11, ,3 8 ] [% k fg u ä H tiv la re 80 5,3 6 3, ,7 2,5 1,6 0,4 0,4 42,5 >47,5 0 < -12, ,5-2,5 2,5 7,5 12,5 17,5 22,5 27,5 32,5 37,5 Oberflächentemperatur [ C] ,0 17,5 42,5-2,5 22,5 47,5 2,5 27,5-7,5 7,5 32,5 12,5 37,5 35

36 Berechnungsverfahren pro Schichten E = konstant µ = konstant Mehrschichtentheorie pro Element E = variabel µ = variabel Finite Elemente Methode 36

37 Nachweisführung überwiegend stadtnaher Verkehr überwiegend Fernverkehr Mischverke hr Obj ,0 17,5 42,5-2,5 22,5 47,5 2,5 27,5-7,5 7,5 32,5 12,5 37,5 37

38 Nachweisführung Schicht Nachweis Untergrund / Unterbau Plastische Verformung ToB Plastische Verformung Tragschichten mit hydraulischen Ermüdung Bindemitteln Asphalttragschichten Ermüdung Asphaltbinderschichten Spurrinnengefährdung *) Asphaltdeckschichten Spurrinnengefährdung *) 38

39 Schadensakkumulation >13 ( ) Temperaturzustände I II III IV V XIII. > Lastklassen >13 (130) * > 10 (20) > 130 (4000) I II III IV V XX Beanspruchungszustände Bewertung: Berechnung zul N Akkumulation: Hypothese v. Miner 39

40 Schadensakkumulation (aus Versuchen) zul N = f ( vorh ε,γ) (aus Verkehrslastkollektiv) vorh N Gleiche Vorgehensweise für Asphalt, ToB, HGT und Böden vorhn n vorhn1 vorhn 2 vorhn zuln1 zuln 2 zuln 3 zuln n Hypothese von Miner 40

41 Sicherheitsbetrachtungen Asphaltoberbauten nach den RStO t Standardax. [Mio] 1 Asph./ FSS Asph./ 2.1 HGT /FSS ,8 0,3 0,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 3 Asph./ STS Asph. /KTS

42 Sicherheitsbetrachtungen SF zuln = a ε F k SF = Shiftfaktor, für SZV mit SF = 1500 anzunehmen Asphalttragschicht F Auf FSS 2,1 Auf Bodenverbesserung und Bodenverfestigung 1,1 Auf STS, KTS, TS mit hydraulischem Bindemittel 0,6 42

43 Sicherheitsbetrachtungen TS mit hydr. KTS, STS, Sicherheitsbedürfnis BM **) FSS *) Planum *) Hoch 2,5 1,5 2,5 Mittel 1,5 1,2 2,0 Niedrig 1,0 1,0 1,5 Sicherheitsbeiwert γ für TS mit hydraulischem Bindemittel, ToB und Böden 43

44 Ermüdungsstatus [%] Lebensdauerabschätzung Geschätzte Nutzungsdauer [a] 44

45 Wie geht s weiter? Anwendung der Verfahren nach den RDO!!! Vertragliche Grundlagen: - für funktionale Bauverträge für konventionelle Bauverträge Technische Grundlagen: - Erweiterung Stoffmodelle + Prüftechnik - Realitätsnähere Annahmen für den Schichtenverbund - Probabilistik - Erweiterung Rechenmodelle (FEM) 45

46 RDO Asphalt Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaus von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 46