Neues kommunales Finanzmanagement Straßenunterhalt in Zeiten knapper Kassen Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? Prof. Dipl.-Ing. H. Pätzold, Nienburg / Weser Dienstag, 30. Januar 2007 Industrie- und Handelskammern Ostwestfalen und Lippe Allgemeiner Deutscher Automobil-Club Ostwestfalen-Lippe e.v. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 1
Straßenunterhalt in Zeiten knapper Kassen Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? und das in knapp 30 Minuten!! - keine Vermittlung von Detailwissen - keine Beschäftigung mit dickschichtigen Bauweisen und deren Zustandsanalysen - Übersicht über die kostengünstigen Dünnschichtigen Erhaltungsbauweisen und die dazu gehörige Zustandserfassung und - bewertung 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 2
Überblick über das Straßennetz Bundesautobahnen 2,8 % (11.500 km, 30 % des überörtlichen Verkehrs) Bundesstraßen 6,7 % Landessstraßen 14,1 % zusammen 22,3 % Kreisstraßen 12,9 % Gemeindestraßen 63,5 % Straßennetzlänge gesamt ca. 650.000 km, Wert ca. 470 Mrd. Euro 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 3
Modernisierungsgrad deutscher Verkehrswege Quelle: ADAC Als Modernisierungsgrad wird das Verhältnis von Wiederbeschaffungswert zum Zeitwert bezeichnet. Durch Vernachlässigung des Straßennetzes wachsen die Erhaltungskosten (Eingriffszeitpunkt!) und die volkswirtschaftlichen Schäden überproportional. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 4
Zielvorgaben an Fahrbahnen Anforderungskreis an Fahrbahnen Verkehrssicherheit Hohe Ebenheit, gute Griffigkeit, ausreichende Querneigung Dauerhaftigkeit Verschleißfestigkeit, Verformungsbeständigkeit (Spurrinnen), Witterungs- und Ermüdungsbeständigkeit Wirtschaftlichkeit Geringe Neubaukosten, möglichst lange Nutzungsdauer, geringer Erhaltungsaufwand Ökologie Keine Verunreinigung von Wasser und Boden, Wiederverwendung gebrauchter Baustoffe, Teer- / Pechproblematik Kommunale Bereiche Deckschichten mit geringen Rollgeräuschen, Aufrechterhaltung des Anliegerverkehrs, möglichst kurze Bauzeiten Anforderungen an pavement management systeme (pms) 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 5
Was soll ein PMS liefern? Die richtigen Erhaltungsmaßnahmen -zum richtigen Zeitpunkt - mit möglichst langer Nutzungsdauer - bei größtmöglichem Gebrauchswert (Ebenheit, Griffigkeit) - zu möglichst geringen Kosten bei netzweiter Betrachtung - unter Berücksichtigung möglichst geringer Umweltbeeinträchtigungen und - eine Prognose des Erhaltungsbedarfs. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 6
Straßenerhaltung wurde schon immer vernachlässigt! El Camino Real (Ventura County / Kalifornien 1912) Quelle: DER SPIEGEL 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 7
Straßenerhaltung beginnt mit ZEB 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 8
Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) Schniering GmbH Teilprojekte (TP) der Zustandserfassung 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 9
Substanz - Oberflächenbild 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 10
Substanz - Oberflächenbild Messfahrzeug zur Erfassung der Substanz Merkmale 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 11
Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) Beginnende Ablösung eines Dünnschichtbelages 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 12
Gebrauchseigenschaft G r i f f i g k e i t Die Straße trägt mit ihrer Griffigkeit in besonderem Maße zur Verkehrssicherheit bei. Allgemein erhöht sich das Unfallrisiko auf nasser Fahrbahn erheblich. Der Anteil der Unfälle bei Nässe geht jedoch mit steigendem Griffigkeitsangebot der Fahrbahn deutlich zurück. Die Griffigkeit einer Fahrbahn ist der Beitrag der Fahrbahnoberfläche zum Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn. Über die Berührungsflächen werden Reibungskräfte zur Beschleunigung, Verzögerung und Fahrtrichtungshaltung eines Kraftfahrzeuges übertragen. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 13
ADAC 2005 Fahrleistungen und Unfälle 1970-2003 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 14
Unfälle nehmen bei abnehmenden Griffigkeiten zu. Erkenntnis aus der Unfallauswertung Auf trockener Fahrbahn liegt eine schwache Abhängigkeit zwischen Griffigkeit und Unfallraten vor. Auf nasser Fahrbahn nimmt bei abnehmender Griffigkeit die Unfallrate überproportional zu. SCRIM Nordrhein GmbH 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 15
Die Griffigkeit einer Fahrbahn ist der Beitrag der geometrischen Struktur (Textur) einer Fahrbahnoberfläche zum Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn. Über die Berührungsflächen Reifen / Fahrbahn werden Reibungskräfte zur Beschleunigung, Verzögerung und Fahrtrichtungshaltung eines Kraftfahrzeuges übertragen. Das Vermögen zur Kraftübertragung wird durch Griffigkeitsmessungen erfaßt, bei denen die übrigen am Reibungswiderstand beteiligten Faktoren weitgehend konstant gehalten werden müssen! 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 16
Pendelgerät (skid resistance tester) Das Pendelmeßergebnis hängt sehr stark von der Reiblänge und der Beschaffenheit (Alterung, Abnutzung) des Gumminblocks ab. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 17
Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 18
Zustandsbewertung (bewertete Zustandserfassung); 3 Merkmale Darstellung Spurrinnentiefe, fiktive Wassertiefe und Griffigkeit Auswertung in 100 m Abschnitten 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 19
Verfahren zur Wiederherstellung der Griffigkeit Feinfräsen Teilweises Abtragen von Asphaltschichten durch rotierende Fräswalzen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 20
Verfahren zur Wiederherstellung der Griffigkeit Kugelstrahlen Stahlkugeln lösen durch Aufprall mit hoher Geschwindigkeit Mörtelanteile (Bitumen und Füller) aus dem Asphalt und erzeugen durch Abplatzungen neue bruchraue Kornoberflächen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 21
Schlagsternverfahren Auf dem Umfang einer Trommel sind Wellen mit Schlagscheiben angeordnet. Verfahren zur Wiederherstellung der Griffigkeit Die Schlagscheiben sind mit Hartmetallspitzen bestückt. Die Bohrungen der Scheiben sind größer als die Durchmesser der Wellen. Der Aufrauvorgang beruht auf der kombinierten Wirkung von Rotations- und Schlagbewegung. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 22
Verfahren zur Wiederherstellung der Griffigkeit Meißelverfahren Mit Hartmetall-Meißeln bestückte Trägerelemente werden mit pulsierenden Kräften beschleunigt und rauen durch das Aufschlagen die Oberfläche auf. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 23
Beispiel für eine verkehrsgefährdend nicht griffige Einzelstelle (Fugenvergussmasse!!), bei der bereits ohne die Regelungen der letzten Jahre zur Griffigkeit ein Mitverschulden des Straßenbaulastträgers nicht auszuschließen ist. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 24
L ä n g s u n e b e n h e i t 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 25
Q u e r u n e b e n h e i t Aquaplaning / fiktive Wassertiefe 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 26
Q u e r u n e b e n h e i t Querunebenheiten entstehen durch - Nachverdichtung einzelner oder mehrerer Schichten der Straßenbefestigung - bleibende Verformung der oberen Asphaltschichten infolge mangelhafter Verformungsbeständigkeit Formen von Unebenheiten im Querprofil - Spurrinnen in den Rollspuren der Lastkraftwagen - Kanten zwischen Asphaltdecke und festem Randstreifen oder an den Längsfugen bei Betondecken - Wölbungen auf älteren schmalen Straßen durch Fahrbahnrandbeanspruchung Auswirkungen von Spurrinnen und Kanten - Direkte Beeinträchtigung des Fahrverhaltens der Fahrzeuge insbesondere der Zweiradfahrzeuge auf trockener (und nasser) Fahrbahn - Beeinträchtigung des Wasserabflusses von der Fahrbahn; dadurch Aquaplaning-Gefahr und Sprühfahnenbildung 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 27
Q u e r u n e b e n h e i t 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 28
Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 29
Zusammenfassung 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 30
Z E B - Ergebnisse 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 31
Von der Zustandserfassung und Bewertung zur Begriffssytematik der Straßenerhaltung Erhaltung Betriebliche Erhaltung Bauliche Erhaltung Kontrolle Wartung (Betriebliche Unterhaltung) Instandhaltung (Bauliche Unterhaltung) Instandsetzung Erneuerung ZTV BEA-StB 1998 / 2003 / 2007 Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächen - Asphaltbauweisen - 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 32
Schadensübersicht Merkmalsgruppe Zustandsmerkmal Erscheinungsbild / Ursache Bauliche Erhaltung Ebenheit Ebenheit im Längsprofil Ebenheit im Querprofil Verformung Tragfähigkeit Verformung Tragfähigkeit Rauheit Griffigkeit Bindemittelanreicherung -Instandhaltung -Instandsetzung polierte Kornoberfläche -Erneuerung Substanzmängel Netzrisse Ausmagerung Flickstellen Kornausbrüche Einzelrisse 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 33
Heiß-Pressluft-Lanze (hot dog) zur Öffnung des Risses (900 C) Riss-Abdeck-Verfahren Beispiel für einfache Instandhaltung Einfüllen und Aufbringen der Vergußmasse auf einer Breite, die abgestreut werden muss. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 34
Beispiel für einfache Instandhaltung Riss-Abdeck-Verfahren 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 35
Riss-Abdeck-Verfahren 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 36
Quelle: Jahresbericht der hess. Straßenbauverwaltung Häufige aber veraltete Vorgehensweise zur einfachen Instandhaltung: Reparaturkolonne im Einsatz Arbeiten in Eigenregie Anspritzen mit Bitumenemulsion und Abstreuen mit Splitt 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 37
Zweiteiliger Ausleger Splittsilo Warntafel Bitumenemulsionstank Aggregateräume Straßenreparatur-Fahrzeug Road Repair Patcher Einfache Instandhaltung 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 38
Mit Patchsystemen werden im Einmannbetrieb Arbeiten ausgeführt, die ansonsten von Reparaturkolonnen ausgeführt werden. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 39
Quelle: Hess. Straßenbauverwaltung Patchsystem (Einmannbetrieb) im Einsatz 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 40
Einsatz in einer Wohnstraße 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 41
Patchsystem (Einmannbetrieb) Der komplette Arbeitsablauf wird vom Fahrersitz aus gesteuert. Der Bediener hat einen sicheren und ergonomischen Arbeitsplatz. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 42
Einsatz von Reparaturzügen kein Teleskopspritzbalken keine örtliche Reduktion der Spritzmenge möglich nur für Anspritzen und Absplitten 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 43
Mit Reparaturzug sanierte Flächen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 44
ZTV BEA-StB: Instandsetzung 1. Oberflächenbehandlungen OB 2. Dünne Schichten im Kalteinbau DSK 3. Dünne Schichten im Heißeinbau DSH 4. Rückformen RF 5. Ersatz einer Deckschicht ED 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 45
Polierte Kornoberflächen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 46
Bindemittelanreicherungen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 47
Ausmagerungen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 48
Oberflächenbehandlung oder Bagger 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 49
Art der Oberflächenbehandlung in Abhängigkeit vom Erscheinungsbild der Unterlage Erscheinungsbild OB mit einfacher Splittabstreuung OB mit doppelter Splittabstreuung OB mit Splittvorlage Bindemittelanreicherung Polierte Kornoberfläche - - + + + + Ausmagerung + + - Netzrisse + + - 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 50
Arbeitsablauf bei der OB-Herstellung reinigen aufspritzen des Bindemittels abstreuen mit Splitt abwalzen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 51
OB mit einfacher Splittabstreuung 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 52
OB mit doppelter Splittabstreuung 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 53
Doppelte Oberflächenbehandlung 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 54
Oberflächenbehandlung: Spritzbalken von der Seite 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 55
Oberflächenbehandlung: Aufbringen des Edelsplittes 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 56
Oberflächenbehandlung: Splittstreuer mit Dosierwalze 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 57
OB-Verlegemaschine 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 58
Fehler bei der OB-Ausführung Splittabrieb durch mangelnde Haftung Kornausbruch Optimale Korneinbettung 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 59
OB auf einer Landstraße 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 60
OB auf einem Radweg 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 61
Entartete Straßen-Instandsetzung wieder ansehenswert und verkehrssicher zu machen. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 62
Maßnahmen bei längst überschrittenen Eingriffszeitpunkten 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 63
Instandsetzung oder Erneuerung bei strukturellem Versagen? 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 64
1997 2005 1997 nach Einbau einer Dünnen Schicht im Kalteinbau (DSK) 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 65
Herstellen einer Dünnen Schicht im Kalteinbau (DSK) Gesteinskörnung Zement 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 66
Verlegung einer Dünnen Schicht im Kalteinbau (DSK) 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 67
Verlegung einer Dünnen Schicht im Kalteinbau (DSK) 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 68
Verlegung einer Dünnen Schicht im Kalteinbau (DSK) 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 69
DSK auf Stadtstraßen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 70
DSK auf Stadtstraßen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 71
DSK auf Stadtstraßen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 72
Verlegung einer Dünnen Schicht im Kalteinbau (DSK) Häufiger Fehler: Einlagig zu dick eingebaut fehlender Verbund zur Unterlage 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 73
Rückformverfahren sind in kommunalen Bereichen häufig nicht anwendbar 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 74
Rückformen 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 75
Randbedingungen für den Einsatz des Rückformens gleichmäßige Zusammensetzung der Schicht Einschränkung durch Linienführung und Einbauten keine pechhaltigen Stoffe keine Gitter- / Gewebeeinlagen Flickstellen aus Wintermischgut Markierungsfolie mindestens 1 cm unter dem tiefsten Punkt ansetzen warmes und trockenes Wetter (> 10 C) Nässe, Wind und niedrige Temp. erschweren RF erheblich Zugabemenge 25 50 kg / m² (1-2 cm / m²) 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 76
Dünne Schichten im Heißeinbau Mischgut gemäss ZTV Asphalt StB 01 Asphaltbeton0/5 Splittmastixasphalt 0/5, 0/8, 0/8S Gussasphalt 0/5, 0/8 Einbaugewichte für 0/5: für 0/8: 30 bis 50 kg/m² 40 bis 50 kg/m² 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 77
Einbau einer DSH-V in Ortslage 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 78
DSH-V Einbau im Nahtbereich 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 79
Sprühfertiger 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 80
Dreifach knickbare Einbaubohle 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 81
Einbau DSH Schnell und zügig verdichten 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 82
ca. Preise Oberflächenbehandlung Stand 2006 einfache Oberflächenbehandlung 2/5 1.50 einfache Oberflächenbehandlung 5/8 1.40 einfache Oberflächenbehandlung 8/11+2/5 1.80 doppelte Oberflächenbehandlung 2.50 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 83
ca. Preise Dünne Schichten im Kalteinbau Stand 2006 Autobahn BAB 25 kg/qm 3.50 Bundes- Landes- Kreis-Straßen 25 kg/qm 3.70 Stadt- / Gemeindestraßen 25 kg/qm 3.95 Radwege Innerorts 16 kg/qm 7.20 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 84
ca. Preise Dünne Schichten im Heißbau Stand 2006 Bundes- Landes- Kreisstraßen 45 kg/qm 4.10 Stadt oder Gemeindestraßen 45 Kg/qm 5.30 In diesen Preisen sind eventuell notwendige Arbeiten für Fräsen oder anheben von Einbauten nicht enthalten. 30.01.2007 Prof. Pätzold Ist das kommunale Straßennetz noch zu retten? 85