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Bau und Messungen an einer Versuchsstrecke mit optimierter Kiestragschicht unter der Betondecke (Beigefügt: Anhang)

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[Quelle: http://bast.opus.hbz-nrw.de]

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein bereits unter Laborbedingungen bewährtes Baustoffgemisch 0/32 mm – bestehend aus gebrochenen und ungebrochenen Gesteinskörnungen - für die Herstellung einer modifizierten Kiestragschicht unter einem Betonfahrbahndeckensystem einer realen Versuchstrecke verwendet. Die messtechnische Begleitung dieses Versuchsstreckenbaus an einer Fahrgasse der Tank- und Rastanlage Köschinger Forst (BAB 9) im Sommer/Herbst 2012 umfasste unter anderem umfangreiche Tragfähigkeitsmessungen auf den einzelnen ungebundenen Schichten des Oberbaus. Die 30 cm dicke modifizierte Kiestragschicht wurde mit einer 27 cm dicken unbewehrten Betonfahrbahndecke in Plattenbauweise überbaut. Die Tragfähigkeitsmessungen auf der modifizierten Kiestragschicht wurden unmittelbar nach dem Einbau und nach 16 Tagen unter freier Witterung und Baustellenverkehr durchgeführt. Bei allen Messungen wurden die Vorgaben der ZTV SoB-StB – Ev2 ≥ 150 MPa – erfüllt. Eine Fuge der Fahrgasse wurde unverdübelt und ohne Fugenmasse ausgeführt, um durch die erhöhten Relativbewegungen der Plattenränder und den gleichzeitigen hohen Wassereintrag eine Erosion der Tragschicht im Fugenbereich zu induzieren. Im Mai 2015 erfolgten - nach 32-monatiger Liegedauer - die Wiederholungsmessungen. Die Überrollungen der unverdübelten Querscheinfuge konnten zum damaligen Zeitpunkt grob mit 350.000 Fahrzeugen (ca. 1 Mio. äquivalente 10t-Achsen) abgeschätzt werden. Für die Wiederholungsmessungen wurden zwei Einzelfahrbahnplatten der Lkw-Fahrgasse abgehoben. Es konnten hierbei keine wesentlichen Veränderungen der für eine KTSuB relevanten Performanceparameter festgestellt werden. Die in den ZTV SoB-StB und den RStO geforderten Mindestwerte der Tragfähigkeit - statischer Verformungsmodul und Verhältniswert Ev2/Ev1 - konnten an allen untersuchten Prüfpunkten eingehalten werden. Des Weiteren konnten die Bedenken hinsichtlich der Erosions- und Umlagerungsbeständigkeit im Fugenbereich beim vorliegenden - relativ langsam fahrenden Schwerlastverkehr - relativiert werden.

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Erhaltung und Instandsetzung von Straßen verursachen jährlich Kosten in Milliardenhöhe, sodass es ein erstrebenswertes Ziel ist, die Entstehungs- und Entwicklungsmechanismen von Straßenschäden besser zu verstehen. Darüber hinaus vermindern longitudinale Unebenheiten von Straßen als eine wichtige Schädigungsart den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit. Die Entwicklung dieser Unebenheit ist in besonderem Maße durch die Wechselwirkung mit dynamischen Lasten von Fahrzeugen geprägt: eine zunehmende Unebenheit ruft höhere dynamische Lasten hervor, welche wiederum die Straße in verstärktem Maße schädigen. Das Ziel der Arbeit ist es, dieses Wechselspiel zwischen Straßenunebenheiten und Fahrzeugen im Laufe einer großen Anzahl von Überfahrten zu untersuchen. Das Interesse gilt dabei dem Schwerlastverkehr, dem eine überproportionale Schädigung der Straßen zugeschrieben wird. Um systematisch den Einfluss einzelner Fahrzeug- und Straßenparameter auf die Entwicklung bereits vorhandener Unebenheiten in der Straßenoberfläche zu analysieren, wird ein geeignet abstrahiertes Fahrzeugmodell zur Abbildung der Vertikaldynamik von Lastkraftwagen formuliert sowie ein phänomenologisches Gesetz zur Berechnung der bleibenden Verformung infolge der Lasteinwirkung in Abhängigkeit der Anzahl der Fahrzeugüberfahrten verwendet. Die Veränderung der Spurrinnentiefe und der Unebenheitsamplituden sowie die Verschiebung der Bodenwellen durch die Radaufstandskräfte wird mittels eines inkrementellen Vorgehens auf Basis eines einseitig gekoppelten Ansatzes berechnet: für jede Überfahrt werden die dynamischen Kontaktkräfte und die resultierende bleibende Verformung ermittelt. Auf diese Weise ist es möglich, die Entwicklung der Unebenheitsamplitude einzelner Spektralanteile der Straßenoberfläche zu prognostizieren, ohne aufwändige Zeitintegrationen durchführen zu müssen. Dabei zeigt sich, dass ein in der Anzahl der Belastungen lineares Schädigungsgesetz im Normalfall qualitativ gleichwertige Aussagen wie ein in der Belastungsanzahl nichtlineares Gesetz li

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Um eine sinnvolle Verfahrensauswahl beim Verkehrswegebau auf gering tragfähigem Untergrund zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Vielfalt der Verfahren sowie deren Anwendungsbereiche zu kennen. Ein übergeordnetes Ziel dieser Arbeit ist es daher, die derzeit existierenden und ausgeführten Verfahren zur Baugrundverbesserung zu erfassen und in eine Gesamtübersicht zu integrieren. Dazu werden zunächst alle relevanten Baugrundverbesserungsmaßnahmen hinsichtlich ihrer Haupteigenschaften zugeordnet. Im Anschluss daran erfolgt die genauere Betrachtung der benannten Verfahren hinsichtlich der Anwendungsbereiche, Verfahrensbeschreibung, Vor- und Nachteile sowie deren Anwendungskriterien. Ausgehend von der Betrachtung der verschiedenen Verfahren wird für den Neubau der Südumgehung von Mühlhausen im Rahmen einer Vorbemessung die vergleichende Betrachtung verschiedener Baugrundverbesserungsvarianten durchgeführt. Ausgehend von dieser Vorbemessung werden die wirtschaftlich und gebrauchstauglich sinnvollsten Verfahren für eine intensivere Betrachtung ausgewählt. Auf Grundlage der gewählten Verfahren werden erdstatische Berechnungen zur Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit durchgeführt. Des Weiteren wird anhand numerischer Berechungen das Setzungsverhalten in Abhängigkeit von den verfahrensspezifischen Eigenschaften untersucht und bewertet. Im Anschluss daran erfolgte unter anderem eine Bewertung der verschiedenen Verfahren hinsichtlich der Standsicherheit, der Gebrauchstauglichkeit, der Wirtschaftlichkeit und der Ausführungszeit. Dazu werden verschiedene Kriterien benannt und für diese Verfahren vergleichend gegenüber gestellt.

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