9. Dezember 2010 in Köln

Transkript

1 Erfahrung mit der rechnerischen Asphaltbemessung gemäß RDO Asphalt in Deutschland und im Ausland (PaDesTo) sowie für Containerflächen (HIPAVE) Werner Lange Pahirangan Sivapatham Dr. Norbert Simmleit Workshop Workshop Neue Regelwerke Neue Regelwerke zur zur Lange, Dimensionierung Sivapatham, Dr. des Simmleit Oberbaus 9. Dezember TPA, 2010 Bereich in KölnWest / Verkehrswegebau 11

2 Gliederung: Gründe für den Einsatz von Dimensionierungsprogrammen Voraussetzung für die Anwendung Beispiele: PPP Autobahnprojekt (Dänemark) PPP Projekt Tripolis International Airport Road (Libyen) Container-Terminal (Wilhelmshaven) Resümee

3 Gründe / Probleme bei dem Einsatz von Dimensionierungsprogrammen Wunsch des AG nach kostengünstiger Bemessung von Verkehrsflächen Gleichwertigkeitsnachweis alternativer Befestigungsvarianten PPP-Projekte Planung des Oberbaus einschl. kostengünstiger Varianten detaillierte Informationen liegen vor (Verkehr, Zuwachsraten ) lange Konzessionszeiträume (20 30 Jahre) zusätzlich zu beachtende Kriterien bei Auslandsprojekten wenig Daten (Verkehrsaufkommen, Achslasten etc.) erfahrungsgemäß hohe Überladung der Lkw abweichende klimatische Bedingungen

4 Voraussetzung für den Einsatz von Dimensionierungsprogrammen - Steifigkeitmodul - International 4

5 Voraussetzung für den Einsatz von Dimensionierungsprogrammen - Ermüdungsverhalten - International 5

6 PPP-Projekt Kliplev Sonderborg (Dänemark) 26 km Neubau 4-spurige Autobahn Auftragssumme ca. 120 Mio. Konzessionszeit: Dimensionierung 26 des Jahre Oberbaus International 6

7 Kliplev - Sonderborg B-Zahl nach RSTO: 21,4 Mio. AÜ (10 t) International 7

8 Oberbau nach dän. Regelwerk SMA 8 S 25/ ,0 cm Binder AC 11 B S 25/ ,0 cm Tragsch. AC 22 T S mit 50/70 11,0 cm Asphaltdicke: 21,0 cm Schottertragschicht 25,0 cm Frostschutzschicht 35,0 cm Planum Ergebnis der Berechnung mit PaDesTo: Ermüdungszustand: Asphalt = 54 % Maximale Druckspannung: ToB = 109 % Planum = 38 % International 8

9 Alternative Dimensionierung I RSTO 01 Optimierung mit PaDesTo Decke AC D - Kalibrierung 50/70 4,0 cm 4,0 cm Binder AC B - Kalibrierung 30/45 8,0 cm 4,0 cm Tragsch. AC 22 T Kalibr. 50/70 14,0 cm 13,0 cm Asphaltdicke: 26,0 cm 21,0 cm Schottertragschicht 15,0 cm 15,0 cm Frostschutzschicht 39,0 cm 39,0 cm Planum 5 cm! Ergebnis der Berechnung mit PaDesTo: Ermüdungszustand: Asphalt = 16 % 87% Maximale Druckspannung: ToB = 0 % 106 % Planum = 3 % 146%? International 9

10 Alternative Dimensionierung II Variante I Variante II SMA 8 S 25/ ,0 cm 3,0 cm Binder AC 11 B S 25/ ,0 cm 4,0 cm Tragsch. AC 22 T S mit 50/70 11,0 cm 8,0 cm Asphaltdicke: 19,0 cm 15,0 cm Verfestigung (2000 MPa) 25,0 cm 25,0 cm Frostschutzschicht 40,0 cm 40,0 cm Planum Ergebnis der Berechnung mit PaDesTo: Ermüdungszustand: Asphalt = 66 % 129% HGT = 1000 % 1000% Maximale Druckspannung: ToB = - - Planum = 0 % 1%! International 10

11 Ausführungsvariante gewählte Variante SMA 8 S 25/ ,0 cm (2 cm) Binder AC 11 S 25/ ,0 cm Tragsch. AC 22 TS mit 30/45 8,0 cm Asphaltdicke: 15,0 cm Verfestigung (2000 MPa) 25,0 cm Frostschutzschicht 40,0 cm Planum 4,0 cm 6,0 cm 11,0 cm 21,0 cm STS 25,0 cm FSS 35,0 cm Planum Ergebnis der Berechnung mit PaDesTo: Ermüdungszustand: Asphalt = 39 % (45 %) HGT = 1000 % Maximale Druckspannung: ToB = - Planum = 1 % (1 %) International 11

12 Tripolis International Airport Road (TIAR) Aus- und Neubau der bestehenden 2-spurigen Flughafenanbindung zu einer 4-spurigen Autobahn Länge insgesamt 23 km International 12

13 Grundlagen der Dimensionierung Dimensionierung nach AASHTO - Verfahren AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, 1993 Vorgaben des AG: Verkehrsdaten keine repräsentativen DTV Zählungen keine Achslastverteilungen Verkehrszunahme von mind. 7 % p.a. International 13

14 AASHTO - Verfahren Eingangswerte: Anzahl 8,2-t-Standardachsen Steifemodul des Planums (Jahresmittel) Befahrbarkeitsindex Versagenswahrscheinlichkeit Lösung mittels Nomogramm / Iteration Ergebnis: Strukturkennzahl SN International 14

15 AASHTO - Verfahren Angenommene Achslastverteilung (Erfahrungswerte) Umrechnung auf 8,2-t-Standardachse mit Hilfe der 4.-Potenz-Regel Verkehrsbelastung im Zeitraum von 20 Jahren W18 = 191 Mio. 8,2-t-Achsen International 15

16 AASHTO - Verfahren Ergebnis: erforderlicher SN-Wert = 7,34 Aufteilung mit Hilfe von Äquivalenzfaktoren ergibt: - Asphaltdeckschicht 5 cm - Asphaltbinderschicht 6 cm - Asphalttragschicht 20 cm Asphaltdicke 31 cm - Schottertragschicht 20 cm - untere Tragschicht 20 cm International 16

17 Nachrechnung mit PaDesTo B Zahl nach RSTO 01 = 93,7 Mio. AÜ (10 t) International 17

18 Nachrechnung mit PaDesTo Angenommene Temperaturverteilung für TRIPOLIS International 18

19 Ergebnis der Nachrechnung mit PaDesTo Sicherheitsfaktor Planum 2,5 1,5 Decke AC 19 mit 60/70 5 cm 5 cm Binder AC 25 m. 60/70 + PR-plast 6 cm 6 cm Tragsch. AC 25 mit 60/70 20 cm 20 cm Asphaltdicke: 31 cm 31 cm Schottertragschicht 20 cm 20 cm untere Tragschicht 20 cm 20 cm Ermüdungszustände: Maximale Druckspannung: Asphalt 75 % 75 % ToB18 % 18 % Planum 1000 % 62 % International 19

20 Dimensionierung von hochbelasteten Verkehrsflächen Max. Achslast 95 Tonnen! Beladung der Container variiert International 20

21 Besonderheiten des Programms HIPAVE Verkehrsbelastung - Verkehrszählung - Lastspektren für Container frei oder basierend auf Erhebungen (z. B. der Britischen Hafen-Gesellschaft) wählbar - Achslastdaten oder -gruppen von Fahrzeugen aus einer Fahrzeugbibliothek oder frei generierbar Schichtenfolge im Oberbau frei wählbar Materialeigenschaften der Baustoffe können frei eingegeben werden: - E-Modul (Asphalt, Beton, ToB und TmB) - Ermüdungsfunktionen für Erdplanum, ungebundene und gebundene Tragschichten und Asphaltschichten Schichtenverbund (mit / ohne, d.h. keine Zwischenwerte) International 21

22 Eurogate Terminal (WHV) Vorgaben des LV Fahrstraßenbelastung durch Van Carrier mit ca. 75 t Eigengewicht und max. 60 t Last, auf insgesamt 8 Rädern Aufbau der Fahrstraßen: 3 cm SMA 8 S mit 25/55-55 A 6 cm AC 16 B S mit 10/40-65 A 10 cm AC 22 T S mit 25/55-55 A 30 cm Verfestigung > 100 cm Spülsand keine weiteren Angaben zur Verkehrsbelastung International 22

23 Eurogate: Berechnung mit HIPAVE angenommene Verkehrsbelastung: 240 Fahrten pro Tag Nutzungszeitraum 20 Jahre Versagenswahrscheinlichkeit 5 % Lastspektrum der Containerbeladung 50 % 40-Fuß-Container + 50 % 20-Fuß-Container Nutzlastverteilung gemäß British Port Assosiation Guide, 1996 (4t 34 t) Berechnung des CDF Wertes für jede Schicht (CDF = Cumulative Damage Factor) International 23

24 Eurogate: Berechnung mit HIPAVE Ergebnis mit HIPAVE: Aufbau CDF SMA 8 S 25/55-55 A 3 cm 5,85*10-5 Binder AC 11 B S 10/40-65 A 6 cm 2,16*10-4 Tragsch. AC 22 T S 25/55-55 A 10 cm 6,34*10-1 Verfestigung 20 cm 7,23*10-2 Spülsand 100 cm 1,18*10-8 Ergebnis mit PaDesTo: Ermüdungszustände: Asphalt 272 % Verfestigung 1000 % Maximale Druckspannung: ToB 0 % Planum 2 % International 24

25 Eurogate: Berechnung mit PaDesTo Übertragung des Lastspektrums aus HIPAVE B Zahl nach RSTO 01 = 199 Mio. AÜ (10 t) International 25

26 Eurogate: Berechnung mit HIPAVE Ergebnis mit HIPAVE: Aufbau CDF SMA 8 S 25/55-55 A 3 cm 5,85*10-5 Binder AC 11 B S 10/40-65 A 6 cm 2,16*10-4 Tragsch. AC 22 T S 25/55-55 A 10 cm 6,34*10-1 Verfestigung 20 cm 7,23*10-2 Spülsand 100 cm 1,18*10-8 Ergebnis mit PaDesTo (mittleres Sicherheitsbedürfnis): Ermüdungszustände: Asphalt 272 % Verfestigung 1000 % Maximale Druckspannung: ToB 0 % Planum 2 % International 26

27 Resümee Kundennachfrage nach wirtschaftlicher Dimensionierung von Verkehrsflächen nimmt zu. Rechenprogramme sind ein hilfreiches Werkzeug zur Dimensionierung von Verkehrsflächen mit straßentypischer Belastung bei Auslandprojekten durch Berücksichtigung lokaler Verkehrssituationen und Klimabedingungen und zum Nachweis der Gleichwertigkeit von Befestigungen. Bei Industrieflächen bzw. komplizierten Achskonfigurationen stoßen die im Straßenbauregelwerk beschriebenen Rechenprogramme an ihre Grenzen. International 27