5. Fachtagung Zementstabilisierte Böden Chemnitz, 27. Januar 20 Einsatz der Bodenbefestigung unter schwerbelasteten Verkehrsflächen Dipl.-Ing. Konstantin Keplin Dipl.-Ing. Knut Johannsen Kontakt: Heiden Labor GmbH Kösterbecker Straße 7 18184 Roggentin Telefon: 038204/ 74 70 Telefax: 038204/ 74 77 9 keplin@heidenlabor.de johannsen@heidenlabor.de BetonMarketing Ost GmbH, Teltower Damm 155, 14167 Berlin-Zehlendorf, Fon: 030 / 30 87 77 80, Fax: 030 / 30 87 77 88, E-Mail: mailbox@bmo-berlin.de, www.beton.org GBB Gütegemeinschaft Bodenverfestigung und Bodenverbesserung e.v., Karl-Marx-Straße 27, 14482 Potsdam, Fon: 0331 / 7446 152 Fax: 0331 / 7446 188, E-Mail: volkmar.denecke@bauindustrie-bb.de
Dipl.-Ing. Konstantin Keplin 1993 1997 Studium der Naturwissenschaften in Dnepropetrowsk/Ukraine 1998 2002 Studium des Bauingenieurwesens in Hamburg 2002 2005 Heiden Labor für Baustoff- und Umweltprüfung GmbH in Rostock, Abteilungsleiter Mineralstoffe und Grundbau 2005 2006 Heiden Labor für Baustoff- und Umweltprüfung GmbH in Roggentin, Stellvertretender Prüfstellenleiter seit 2006 Gesellschafter der Heiden Labor für Baustoff- und Umweltprüfung GmbH in Roggentin Dipl.-Ing. Knut Johannsen 1993-99 Studium des Bauingenieurwesen an der Universität Hannover ab 1999 Heiden Labor für Baustoff- und Umweltprüfung GmbH, Rostock / Abteilungsleitung Asphalt, Zustandserfassung/Bemessung 2003-2005 Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Technische Universität Dresden / Professur für Straßenbau ab 2004 Prokura, Heiden Labor für Baustoff- und Umweltprüfung GmbH, Roggentin ab 2005 Gesellschafter, Heiden Labor für Baustoff- und Umweltprüfung GmbH, Roggentin ab 2006 Prüfstellenleiter, Heiden Labor für Baustoff- und Umweltprüfung GmbH, Roggentin ab 2007 Geschäftsführer, Heiden Labor für Baustoff- und Umweltprüfung GmbH, Roggentin
Einsatz der Bodenverfestigung unter schwerbelasteten Verkehrsflächen K. Johannsen K. Keplin 5. Fachtagung Zementstabilisierte Böden Chemnitz, 27. Januar 20 Inhalt Dimensionierung mit Verfestigung Praxisbeispiele: Industriefläche für kurze Nutzungsdauer Industriefläche für langfristige Nutzung 1
Warum Dimensionierung? Die Dimensionierung hat den Zweck, den Erhalt des Anlagevermögens über den Nutzungszeitraum sicherzustellen. Methoden: Standardisierte Dimensionierung Deutsches Berechnungsverfahren Verfahren für Hafenflächen Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues (RStO) Schichtdicke Asphalt [cm] 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 8 0 1 0,1 B-Zahl [Mio. äquiv. t AÜ] 0,01 2
Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues (RStO) Schichtdicke Asphalt [cm] 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 8 0 1 0,1 B-Zahl [Mio. äquiv. t AÜ] 0,01 Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues (RStO) Schichtdicke Asphalt [cm] 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 8 0 auf 15 cm Verfestigung (Zeile 2.2 oder 2.3) 1 B-Zahl [Mio. äquiv. t AÜ] auf Frostschutzschicht (Zeile 1) 0,1 0,01 3
Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues (RStO) Schichtdicke Asphalt [cm] 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 8 0 auf 15 cm Verfestigung (Zeile 2.2 oder 2.3) 1 B-Zahl [Mio. äquiv. t AÜ] auf Frostschutzschicht (Zeile 1) zur Vermeidung von Reflektionsrissbildung 0,1 0,01 Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues (RStO) Die Oberbaudicke wird bestimmt durch: die prognostizierte Verkehrsbelastung (B-Zahl) die Klima-/Witterungsdaten den im Planum anstehenden Boden 4
RDO Asphalt 09 Rechnerisches Dimensionierungsverfahren berücksichtigt deutsche Verhältnisse in Bezug auf Verkehrs- und Klimadaten kalibriert an RStO RDO Asphalt 09 Verkehrsbelastung Klima/Witterung Befestigungsaufbau Mechanisches Modell Spannungen, Dehnungen Schadensmodell 5
Umsetzung mit PaDesTo Materialparameter Asphalt sind veränderbar Schichtdicke Verfestigung ist veränderbar E-Modul Verfestigung in Software änderbar, aber dann Verlust der Konformität zum Regelwerk! Spezielle Verfahren Entwickelt in Großbritannien Speziell für Hafenflächen 6
Reachstacker Gesamtgewicht: 4 t Achslast vorne: 4x 18 t Dynamische Lastfaktoren: Bremsen + 30 % Kurven + 40 % Beschleunigung + % Unebenheiten + 20 % Berücksichtigung der Verfestigungseigenschaften erforderliche Tragschichtdicke [cm] 60,0 55,0 50,0 45,0 40,0 35,0 CBM 3 (d7d=n/mm2) 30,0 CBM 4 (d7d=15n/mm2) 25,0 CBM 5 (d7d=20n/mm2) 20,0 50 60 70 80 90 0 Dynamische Lasterhöhung [%] 7
Praxisbeispiel Industriefläche für kurze Nutzungsdauer Aufgabenstellung Anforderung an eine Rohrlagerfläche: Nutzungszeit: ca. 4 Jahre Erreichbarkeit: 360 Tage/Jahr Umschlag mit Reachstacker (Betriebsgewicht: 86 t, auf 2 Achsen) Umschlagsgut: Schwerbetonummantelte Stahlrohre: (Durchmesser ca. 1.400 mm, Gesamtgewicht ca. 25 t) 8
Standardlösung Planung 30,0 cm STS 0/45, Ev 2 150 MN/m² 35,0 cm FSS 0/45, Ev 2 120 MN/m² 65,0 cm frostsicherer Oberbau Planum: gem. ZTV E Ev 2 45 MN/m² 9
Baugrund Geschiebemergel Ton Schluff Sand Kies < 0,002 mm 0,002-0,063 mm 0,063-2 mm > 2 mm % 30 % 50 % % Fleißgrenze w l 16-18 % Ausrollgrenze w p 9-12 % Plastizitätsindex Proctordichte 5-8 2,00-2, t/m³
Ergebnis der Dimensionierung Empfehlung: cm Deckschicht: z.b Asphalt, Beton 44-50 cm CBM 3 D 7d =N/mm² 15 cm STS, Verdichtungsgrad 3 % Dpr Untergrund Dauerhaft Ev 2 45 MN/m² durch qualifizierte Bodenverfestigung Ausführung: 60 cm CBM 3 D 7d =N/mm² 15 cm STS, Verdichtungsgrad 3 % Dpr Untergrund Dauerhaft Ev 2 45 MN/m² durch Bodenverbesserung mit Bindemittel Praxisbeispiel Industriefläche für langfristige Nutzung 11
Aufgabenstellung Nutzungszeit: dauerhaft Erreichbarkeit: 360 Tage/Jahr Überwiegend statische Lasten Umschlag: Reachstacker (Betriebsgewicht: 70 t, auf 2 Achsen) Befestigungsart: Untergrundsetzungen reparaturfreundlich Ergebnis der Dimensionierung 8,0 cm Asphaltdecke, gummimodifiziert 8,0 cm Asphalttragschicht CS 20,0 cm Verfestigung: D 7d =6 N/mm² Untergrund 5 m Spülsand auf wenig tragfähigen org. Boden mit Vorbelastung Bauausführung: 2004-2006 Inbetriebnahme: 2006 12
Die Lagerfläche unter Nutzung Lagerfläche: ca. 50.000 m² Schadensfrei Halle im Bau Belagwechsel 3,4m Tor 55,4m Rinne 4x0,25m 2,3m 1x1m Schadensbereich ca. 5,9m 2000 m² 1,6m 1,1m 11,9m Eindrücke durch abgestellten Trailer Schaden: Eindrücke im Asphalt übermäßige Durchbiegung der gebundenen Schichten Rissbildung infolge Überbeanspruchung (einmalige Last) 13
Ursachenforschung Profilaufnahme Streifen Schichtdicke ( cm ) 0 5 15 20 25 30 35 Beite (dm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Deckschicht Binderschicht Asphalt- Tragschicht Tragschicht ohne Bindemittel AB AB+ABi AB+ABi+ATS Fahrbahnoberfläche Ergebnis der Erkundung,0 cm AB+Abi, gummimodifiziert,0 cm Asphalttragschicht CS 30,0 cm RC STS, Ev 2 =134 MN/m² Ev 2 /Ev 1 =1,4 Untergrund org. 5 m Spülsand auf wenig tragfähigem Boden mit Vorbelastung Keine Auffälligkeiten im Asphalt (Zusammensetzung, Verdichtung, Verformungsverhalten) nicht ausreichende Tragfähigkeit der ungebundenen Tragschicht Überlastung des Planums Schadensursache: Fehlende Integration der Bodenverfestigung in den Bauablauf 14
Die Lagerfläche unter Nutzung Lagerfläche: ca. 50.000 m² Schadensfrei Halle im Bau Belagwechsel 3,4m Tor 55,4m Rinne 4x0,25m 2,3m 1x1m Schadensbereich ca. 5,9m 2000 m² 1,6m 1,1m 11,9m Zusammenfassung Durch die Bemessung erfolgt: Berücksichtigung der Tragfähigkeit im Planum (Baugrundrisiko!) Flexibele Schichdickengestalltung in Abhängigkeit der Druckfestigkeit: Größere Schichtdicke vor höhere Druckfestigkeit: b x h³/12 Variation der Baustoffe: Korngrößenverteilung Bindemittelgehalt Einsatz der Verfestigung im Oberbau: - Bewährte Bemessungsverfahren sind vorhanden - Optimierung der Schichtdicken des gebundenen Oberbaus - Erste Wahl bei Verkehrsflächen außerhalb der RStO - Integration im Bauablauf Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 15