PEBA Prüfinstitut für Baustoffe GmbH Köpenicker Landstraße 280, 12437 Berlin 1 Tel.: (030) 63 95 80-0 Fax: (030) 63 95 80-50 Bemessung von Straßenkonstruktionen nach den RStO 12
Inhalt 2 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
RStO 12 - Warum eigentlich? 3 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
1. Anforderung an den Straßenkörper und die Straßenbefestigung 4
1. Anforderung an den Straßenkörper und die Straßenbefestigung 5 Asphaltbauweise Damm Einschnitt
1. Anforderung an den Straßenkörper und die Straßenbefestigung 6 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 Straßenbefestigung Tragschicht Untergrund/ Unterbau (anstehender Boden/ Aufschüttung bei Damm)
2. Bemessung 7
2. Bemessung 8 wirtschaftlich ausführungstechnisch Aufgabe der Bemessung (Baustoffe und Schichtdicken) Keine unzulässigen Spannungen und Verformungen im Straßenoberbau/ Straßenuntergrund strategisch konstruktiv
2. Bemessung 9 Bemessung Rechnerisch (Theoretische Rechenverfahren) Empirisch (langjährige Erfahrungen) idealisiert: elastisch isotroper Halbraum (Hooksches Gesetz: s = E e) Überlagerung von Spannungen und Verformungen aktueller Ergebnisse der Baustoffforschung Einbeziehung vorh. Baugrundes, Klima etc Standardisierung (Mindestanforderungen) Dimensionierungssoftware (FE-Methoden theoretische Berechnung von Deflektionsmulden z. B. BISAR) RStO 12
10 2. Bemessung 2.1 Standardisierung nach den RStO-12
2. Bemessung 11 bislang Neu: RStO 01 RStO 12 Bemessungsrelevante Beanspruchung B Bauklassen SV, I bis VI Dimensionierungsrelevante Beanspruchung B Belastungsklassen Bk100 bis Bk0,3
2. Bemessung 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 VERKEHRSWESEN ARBEITSGRUPPE FAHRZEUG UND FAHRBAHN RStO 12 Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen RStO 01 Belastungsklassen Bk100 bis Bk0,3 Ausgabe 2001 Bestimmung der Belastungsklasse durch Verkehrsbelastung Belastungsklasse nach Dimensionierungsrelevanter Beanspruchung B (Verkehrszählung/ rechnerisch)
2. Bemessung 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. Schadenwirkung nach 4.Potenzgesetz 9,5 t 7,5 t 10,0 t 10,0 t 1t 1t 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 15 Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung Bei einer dimensionierungsrelevanten Beanspruchung größer 100 Mio. sollte der Aufbau mit Hilfe der RDO dimensioniert werden. BK III BK V und VI
2. Bemessung 16 Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B Methode 1: aus DTV (SV) Werten wenn nur DTV (SV) Angaben vorliegen 1.1 (variablen Faktoren) 1.2 (konstante Faktoren) Methode 2: anhand von Achslastdaten setzt die Kenntnis von detaillierten Achslastdaten voraus 2.1 (variablen Faktoren) 2.2 (konstante Faktoren)
2. Bemessung 17 Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung B N DTA ( SV) q Bm f 1 f 2 f 3 f z 365 Gewichtete äquival. 10t-Achsübergänge Anzahl der Jahre des zugrunde gelegten Nutzungszeitraumes DTA ( SV) DTV ( SV) f A Fahrstreifenfaktor Fahrstreifenbreitenfaktor Steigungsfaktor Durchschnittl. Anzahl der tgl. Achsübergänge (Aü) des SV Durchschnittl. tgl. Verkehrsstärke des SV Durchschnittl. Achszahl pro Fahrzeug des SV (Achszahlfaktor) Mittlere jährl. Zunahme des SV Lastkollektivquotient Berechnung für Fahrstreifen mit der höchsten Verkehrsbelastung durch SV-Verkehr unter Berücksichtigung geplanter Anzahl der Fahrstreifen im Querschnitt Breite des Fahrstreifens Längsneigung
2. Bemessung 18 Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B Auswertung von Achslastmessungen der BASt fa leicht erhöht
2. Bemessung 19 Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B qbm leicht erhöht
2. Bemessung 21 Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B Daten einer Verkehrserhebung Äquvalente 10 t-achsübergänge in Mio. 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 + 36% 3.619 Kfz/ 24 h 31,5 Mio. 42,8 Mio. Bk 32 (Bk I) = Σ 30 cm Bk 100 (Bk SV) = Σ 34 cm
2.1 Standardisierung nach den RStO 12 22 FORSCHUNGSGESELLSCHAFT FÜR STRASSEN_ UND VERKEHRSWESEN ARBEITSGRUPPE FAHRZEUG UND FAHRBAHN RStO 12 Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen RStO 01 Belastungsklassen Bk100 bis Bk0,3 Ausgabe 2001 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!
2.1 Standardisierung nach den RStO 12 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
2.2 Baugrund/ Untergrundverhältnisse 26 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 jeweilige Frostempfindlichkeitsklasse des Untergrundes, in dem das Bauvorhaben liegt, zu berücksichtigen. Es werden folgende Frostempfindlichkeitsklassen unterschieden: F 1 F 2 F 3 - frostsicher, nicht frostempfindlich - gering bis mittel frostempfindlich - sehr frostempfindlich
2.3 Oberbau 27 Auswirkungen der Frostempfindlichkeit auf d. Dimens. d. Oberbaus erforderliche Mindestdicke richtet sich nach: Frostempfindlichkeitsklasse des Bodens maximalen Frosteindringtiefe des betreffenden Gebietes. als Richtwert 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.
2.3 Oberbau 28 Beurteilung der Frostempfindlichkeit Auswirkungen auf den Oberbau Örtliche Verhältnisse: Verringerung/ Erhöhung der Dicke der Frostschutzschicht bewirken (Mehr- oder Minderdicken) Frosteinwirkzone Lage der Gradiente Wasserverhältnisse RStO 12: Mehr- oder Minderdicke = A + B + C + D + E
2.3 Oberbau Örtliche Verhältnisse: Frosteinwirkzone Aktualisierte Frostzonenkarte Max. Frostindex FI 30 ohne Berücksichtigung der Beeinflussung d. Bebauung Auswertung der Daten von 221 Wetterstationen (1955/56 2004/5) Frosteinwirkzone I Frosteinwirkzone II Frosteinwirkzone 29 III
2.3 Oberbau 30 Örtliche Verhältnisse: Ausführung der Randbereiche
2.3 Oberbau 31 Örtliche Verhältnisse: Wasserverhältnisse Zuschläge aufgrund regionaler Erfahrungen Ungünstige Wasserverhältnisse: Grundwasser < 1,50m unter Planum kalten Zonen mit maximalen Frosteindringtiefen > 1,0 m und mit im Regelfall häufigen Frost- Tauwechseln
2.3 Oberbau 32 Örtliche Verhältnisse: Lage der Gradiente
2.3 Oberbau 33
2.3 Oberbau Mehr- oder Minderdicken infolge örtlicher Verhältnisse gem. RStO 12 34 RStO 12: Mehr- oder Minderdicke = A + B + C + D + E Neue Frostzonenkarte Kleinräumige Klimaunterschiede zusätzlich mit aufgenommen Neuregelung: Bis 1,5 m Grund- oder Schichtenwasser Neuregelung: Kein Zuschlag im Bereich + 0,0 bis 2,0 m Außerhalb geschl. Ortslage: konkretisiert Innerhalb geschl. Ortslage: zusammengefasst Abzug reduziert
2.3 Oberbau Erforderliche Schichtdicke von Tragschichten ohne Bindemittel 35 Wahl des Schichtenaufbaus in Abhängigkeit der Belastungsklasse der im Oberbau zu verwendenden Materialien und des Untergrundes
2.3 Oberbau Erforderliche Schichtdicke von Tragschichten ohne Bindemittel 36 1 MN/m² = 1 MPa
3. Erneuerung von Fahrbahnen 37
3. Erneuerung von Fahrbahnen 38 Festlegung einer Erneuerungsbaubauweise Art und Zustand, Alter und Eignung für vorgesehene Funktion (einschl. Untergrund/ Unterbau) Oberflächenzustand und bisherige Verkehrsbelastung Restsubstanz Zustand/ Leistungsfähigkeit der Entwässerungseinrichtungen Tragfähigkeit
3. Erneuerung von Fahrbahnen 39 Bewertung der strukturellen Substanz der vorhandenen Befestigung
3. Erneuerung von Fahrbahnen 40 Zustandsmerkmale einzeln oder in Kombination 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. Ermittlung der Ursachen für Oberflächenzustand Eignung der vorhandenen Befestigung (einzelner Schichten des Untergrundes/Unterbaues) Insbesondere sind festzustellen: 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
3. Erneuerung von Fahrbahnen 41 Bestimmung der Tragfähigkeit ergänzend zur Zustandsbewertung Erfahrungshintergrund: Messungen der Tragfähigkeit unmittelbar zur Ermittlung der erforderl. Schichtdicke für die Erneuerung herangezogen werden. Benkelman- Messungen zur Ermittlung der Durchbiegung (Tragfähigkeit) 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
3. Erneuerung von Fahrbahnen 42 Festlegung der Erneuerungsmaßnahme Abschätzung der Restsubstanz Erneuerung der Fahrbahn erforderlich Tragfähigkeitsuntersuchungen (Bewertung visuell nicht erkennbarer Schwachstellen) Wahl der Erneuerungsart Befestigungsdicke muss an die gestiegene Verkehrsbeanspruchung angepasst werden 1. Vollständiger Ersatz der vorhandenen Befestigung 2. Teilweiser Ersatz der vorhandenen Befestigung 3. Erneuerung auf der vorhandenen Befestigung
3. Erneuerung von Fahrbahnen 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)
3. Erneuerung von Fahrbahnen 44 Asphaltbauweise Betonbauweise Pflasterbauweise Die Entscheidung für eine der 3 Bauweisen wird entsprechend den örtlichen und wirtschaftlichen Gegebenheiten getroffen.
4. Fazit 45 Konstruktive Veränderungen, bewährte Grundprinzipien wurden beibehalten 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. Verkehrsbeanspruchung 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 46 Konstruktive Veränderungen, bewährte Grundprinzipien wurden beibehalten 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
Prof. Dr.-Ing. D. Großhans, Dipl.-Ing. Sandra Kaden 47 Grenzen für die standardisierte Bemessung
Prof. Dr.-Ing. D. Großhans, Dipl.-Ing. Sandra Kaden 48 PEBA Prüfinstitut für Baustoffe GmbH Köpenicker Landstraße 280 12437 Berlin asphalt@peba.de Tel.: (030) 63 95 80-0 Fax: (030) 63 95 80-50