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Referat
Betonbauweisen
Dr.-Ing. M. Wieland
M. Eng. B. Jungen 1
Versuchsstrecke BAB A5 Bruchsal –Ziele und Stand der Realisierung
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Betonbauweisen
Dr.-Ing. M. Wieland
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Agenda
1. Einleitung
2. Allgemeines
3. Stand des Wissens
4. Untersuchungsstrecke
5. ausgewählte Ergebnisse
6. Ausblick
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1. Einleitung
„Mobilität ist zentrale Voraussetzung für wirtschaftliches Wachstum, Beschäftigung
und Teilhabe des Einzelnen am gesellschaftlichen Leben“ (Leitsatz BMVI)
• Oberfläche (Funktionseigenschaften)
• Verfügbarkeit (Dauerhaftigkeit und Wartungsarmut)
• Wirtschaftlichkeit
Entwicklung und Weiterentwicklung der Bauweisen
(z. B. Hybridbauweise und Betonbauweise)
Referat
Betonbauweisen
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M. Eng. B. Jungen
Abstrahierte Betrachtung am Modell
Ziel für die Bereitstellung einer Straßenkonstruktion
Schnittmenge zwischen den Beteiligten auf höchstmögliches Maß ausbauen!
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Betreiber
BAB
StraßenbauNutzer
Einflüsse
1. Einleitung
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1. Einleitung
NutzerPersonen- und Güterverkehr
- Sicherheit
- flächendeckend Verfügbarkeit
- Fahrkomfort
Pkw / Lkw / Busse / …
- Fahrkomfort und -dynamik
- Gebrauchseigenschaften (Griffigkeit,
Ebenheit, Lärm, Drainage, Rollwiderstand, …)
- Außengeräusche, stimmige Rollgeräusche
Einflüsse:- z. B. Wirtschaft, Politik, Umwelt,
Ressourcen
- beteiligte Industrie
(Fahrzeug, Straße)
- Digitalisierung, Urbanisierung
Abstrahierte Betrachtung am Modell
höchste Schnittmenge durch Bereitstellung einer „idealen Straßenoberfläche“
Betreiber
BAB
StraßenbauNutzer
StraßenbauBeton / Asphalt / Hybrid
- technische Machbarkeit
- prozesssichere Herstellung
Betreiber BABBund – Länder / ÖPP
- Akzeptanz, Auslastung, Verfügbarkeit
- Dauerhaftigkeit, Wirtschaftlichkeit
- Substanz (operative Funktionalität,
Nutzungs- u. Restnutzungsdauer)
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1. Einleitung
Lärmschutz
Seit einigen Jahren wird zunehmend das Ziel der Lärmminderung verfolgt.
Reifen-Fahrbahn-Geräusch minimieren
Verbesserung akustisch relevanter Oberflächeneigenschaften
Entwicklung und Weiterentwicklung von Oberflächentexturen
(z.B. Grinding, verbessertes Grinding)
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Betonbauweisen
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1. Einleitung
Nutzungszeitraum
Verfügbarkeit
Schallemission
Griffigkeit
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2. Allgemeines
?
!?
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1. Forschung
2. Regelwerke
3. Planung
4. Bau
5. Erhaltungsplanung
6. Erhaltung
7. Recycling
1
2
3
4
56
7
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Betonbauweisen
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Aufgabenstellung – Lösungsansatz
Theoretische Grundlagen
Laborversuche, Demonstratoren
Untersuchungsstrecken
Regelwerke
Praxis
2. Allgemeines
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Variantenvielfalt im BAB – Netz
Beispiel:
(RStO Tafel 1, Z.1) (RStO Tafel 2, Z.1)
Bauweise Oberbau Oberfläche
Asphalt 7 SMA , Gussasphalt, OPA, etc.
Beton (PB) 7 Kunstrasen, Besenstrich, WB, Grinding, OPB
Beton (DBBD) ? Kunstrasen, Besenstrich, WB, Grinding
Hybrid ∞ -
2. Allgemeines
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Hybridbauweisen für Verkehrsflächen ≥ Bk100
Misch-Hybrid-
bauweise
Horizontal-Hybrid-
bauweise
Vertikal-Hybrid-
bauweise
Oberfläche aus
Asphalt
Oberfläche aus
Beton
Oberflächen aus anderen
Baustoffen /
Baustoffgemischen
Quelle: ad hoc Gruppe 4.01 - Hybridbauweisen
Vertikalhybridbauweise
Gebundener Oberbau mit mindestens zwei Schichten mit unterschiedlichen
Bindemittelarten (Bitumen, Zement, alternative Bindemittel) unabhängig vom
Schichtenverbund
2. Allgemeines
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Historie „Durchgehend bewehrte Betondecke“
Idee geht bis in die 1920er zurück (z.B. USA 1921 Plattenlängen bis ≈ 100m)
inzwischen Breite Anwendung in USA (bisher > 45 Tkm gebaut)
Anwendung auch in: Australien, Asien, Europa (z.B. Belgien, seit 1948)
Deutschland seit 1966 (Werkstraße) und 1974 (BAB)
FE 04.0189/2002/AGB „Bemessung kontinuierlich bewehrter Betondecken“
FE 08.176/2003/CGB „Durchgehend bewehrte Betondecke“
Quelle: Biermann 2001
3. Stand des Wissens
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Jüngere Untersuchungsstrecken „Durchgehend bewehrte Betondecke“
1997 B 56 Düren (abschnittsweise Vertikalhybrid mit SMA)
2004 A 5 Darmstadt (Vertikalhybrid mit SMA)
2007 Werksstraße Geseke (Grinding)
2011 A 94 Forstinning (Vertikalhybrid mit DSH-V)
2015 A 5 Bruchsal (Grinding und Vertikalhybrid mit DSH-V u. SMA)
3. Stand des Wissens
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Plattenbauweise versus durchgehend bewehrte Betondecke
3. Stand des Wissens
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Weitere ErwärmungPlattenreihe bei nachfolgender AbkühlungPlattenreihe bei erneuter Erwärmung
Konstante
Spannung σD
Höhere
konstante
Spannung σD
Dehnungsbehinderung Dehnungsbehinderung
Weitere Erwärmung
Dehnungsbehinderung Dehnungsbehinderung
3. Stand des Wissens
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Plattenreihe bei niedrigen Einbautemperaturen
Ausdehnung der Plattenreihe bei Erwärmung
Plattenreihe bei nachfolgender Abkühlung
Ausdehnung der Plattenreihe bei erneuter Erwärmung
3. Stand des Wissens
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Allgemeine Angaben zur Versuchsstrecke BAB A 94 Forstinning (2011)
Länge: ca. 4 km
Konstruktion: durchgehend bewehrte Betondecke auf 10 cm Asphalttragschicht
Beton: C30/37, einschichtig d = 24,5 cm, GK 0/32 mm
Bewehrung: BSt 500 S; dsl = 20 mm / sl = 17,5 cm; dsq = 16 mm / sq= 17,5 cm / α = 60°
Bewehrungsgrad: ρl = 7,5 ‰, ρq= 1,4 ‰
Asphaltüberbauung: DSH-V 5, d = 1,5 cm
Nutzungsdauer: ≥ 50 a angestrebt
3. Stand des Wissens
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Historie „Grinding-Texturen“
Grinding-Texturen werden in Deutschland seit über 10 Jahren ausgeführt
Auf der BAB A 93 (Brannenburg) wurden 1999 Grooving- und Grinding-
Versuchsflächen angelegt (grob: 5,0/2,0 mm; fein: 3,2/1,4 mm)
Seit einigen Jahren wird zunehmend das Ziel der Lärmminderung (Reifen-
Fahrbahn-Geräusch) mittels Texturgrinding verfolgt
Maßnahmenbeispiele: B 56 bei Düren (2002), Werkstraße Geseke (2009),
BAB A 1 (2010), BAB A 94 (2011)
BAB A 1 BAB A 94BAB A11BAB A 93
3. Stand des Wissens
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3. Stand des Wissens
Waschbeton versus Grinding
d
t
Distanz-
scheibe
s
b
Säge-
blatt
Säge-
blatt
Segment Segment
mechanische Anregung
aerodynamische Anregung
„Horneffekt“
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M. Eng. B. Jungen
Texturgrinding (Stand 01/2017)
Textur Typ S – mittelrauhe Standardtextur zur Herstellung dauerhaft
griffiger Oberflächen
Textur Typ A – feinrauhe Textur zur zur Herstellung dauerhaft griffiger
Oberflächen mit verbesserten akustische Eigenschaften
Arbeitsbreite Welle min. 1200 mm
mittlerer MPD Wert (Laserprofilometer)
• vor Brechen der Stege ≥ 0,8 mm
• nach Brechen der Stege ≥ 0,6 mm
Höhendifferenz der unteren Scheitelpunkte zweier benachbarter
Grindingrillen ≤ 2 mm
Vollständiger Abtrag mörtelreicher Schichten
auftretende Überlappungsbereich im Mittel ≤ 1 cm (bezogen auf den
Gesamtquerschnitt der texturierten Fläche)
Ebenheitsanforderung ≤ 2 mm / 4 m bei Texturtyp A notwendig
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3. Stand des Wissens
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M. Eng. B. Jungen
Textur – messtechnische Erfassung
Position längs der Kreisbahn [mm]
Pro
filh
öh
e [m
m]
0 20 40 60 80 100 120
Pro
filh
öh
e [m
m]
Position längs der Kreisbahn [mm]0 20 40 60 80 100 120
1
0
-1
0
-1
1
3. Stand des Wissens
Quelle: FE 08.0220/2012/ORB
Referat
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Jüngere Untersuchungsstrecken „Grinding-Texturen“
2012 A 23 Elmshorn (stetige, nicht stetige Sieblinie, Texturtyp S)
2014 A 12 Fürstenwalde (Texturtyp S)
2015 A 5 Bruchsal (Plattenbauweise, DBBD mit Texturtyp A)
2016 A14 Halle-Trotha, A23 Elmshorn (Texturtyp S, Ebenheit ≤ 2 mm / 4 m)
BAB A 23 BAB A 23 BAB A 12
3. Stand des Wissens
Referat
Betonbauweisen
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M. Eng. B. Jungen 23
4. Versuchsstrecke BAB A 5 Bruchsal
Forschungsvorhaben
„Durchgehend bewehrte Betondecke mit dünner flexibler Deckschicht“
(FE 09.0172/2011/HRB)
Ausführung in Hybridbauweise (Nutzung der Materialvorteile von
Beton und Asphalt)
Ausführung ohne Überbauung (Waschbeton- und Grindingtextur)
gezielte Risssteuerung
lange Lebensdauer bei gleichzeitig geringen Unterhaltungskosten
„Dauerhafte Betondecken - Akustische Optimierung von Betonoberflächen durch
Texturierung des Festbetons mittels verbessertem Grindingverfahren“
(FE 08.0220/2012/ORB )
Alternative zur Texturierung des Frischbetons durch gezielte Texturierungdes vollständig erhärteten Festbetons
dauerhaft hohe Griffigkeit
Lärmminderungen von -5 dB(A) bei dichten Betonbelägen
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4. Versuchsstrecke BAB A 5 Bruchsal
Allgemeine Angaben zur Strecke
Lage: A5 Frankfurt – Basel (zw. AS Karlsruhe Nord und AS Bruchsal)
Verkehrsbeanspruchung: DTV 101.300 Kfz/24h, SV-Anteil 16 % (2010)
B-Zahl: > 100 Mio.
Länge Untersuchungsstrecke: 3.050 m (Fahrbahnerneuerung)
durchgehend bewehrte Betondecke 2.270 m
Plattenbauweise 780 m
DTV DTV-SV
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4. Versuchsstrecke BAB A 5 Bruchsal
Durchgehend bewehrte Betondecke
Länge: 2. 270 m (5 Abschnitte)
Unterlage: Verfestigung mit Vliestoff, 5,0 cm Asphaltzwischenschicht (AC 8 DN)
Beton: C30/37, einschichtig d = 24,0 cm, GK 0/32 mm (Rundkorn)
Beton: C30/37, zweischichtig dges. = 24,0 cm, GK 0/32 mm und 0/8 mm (C100/0)
Bewehrung: BSt 500 S; dsl= 20 mm / sl = 17,5 cm; dsq = 16 mm / sq= 600 mm / α = 60°
Bewehrungsgrad: ρl = 7,5 ‰, ρq= 1,4 ‰ (Risssteuerung durch Kerben)
Asphaltüberbauung: DSH-V 5 (d = 1,5 cm), SMA 8 S (d = 3,5 cm)
ohne Asphaltüberbauung: Waschbeton, Grinding
Kerbschnitte: l ≈ 0,4 m
t = 0,06 m
≈ 1,2 m
Quelle: FE 09.0172/2011/HRB
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Betonbauweisen
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4. Versuchsstrecke BAB A 5 Bruchsal
Verbessertes Grindingverfahren
Länge: 780 m (4 Abschnitte)
Unterlage: Verfestigung mit Vliesstoff
Beton DBBD / Plattenbauweise: C30/37, d = 24,0 cm / 28,0 cm; GK 0/32 mm
(Rundkorn); GK 0/16 mm (Rundkorn), GK 0/22 mm (35 % gebrochen)
zwei Grindingübergänge: Längsebenheit (≤ 4,0 mm bei Wellenlänge 4 m),
Texturausbildung (homogenes Anschleifen der GK)
Textur: Grinding und Grinding + Grooving mit unterschiedlichen Segmentbereiten und
Segmentabständen (Überlappungsbereiche ≤ 1,0 cm)
Segment-
breite
Segment-
abstandRillentiefe
Segment-
breite
Segment-
abstandRillentiefe
[mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm]
609+400 609+585 2,0 1,0 - - -
609+585 609+670 2,0 1,0 2,4 21,0 3,0
609+670 609+845 2,4 1,4 - - -
609+845 609+930 2,0 1,0 2,4 21,0 3,0
609+930 610+105 2,0 1,0 - - -
610+105 610+190 2,0 1,0 2,4 21,0 3,0
610+190 610+280 2,4 1,4 - - -
Beseitigung der
vorhandenen
Mörtelschicht und
Anschleifen der
groben
Gesteinskörnung
bis kmvon km
GroovingGrinding
Referat
Betonbauweisen
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M. Eng. B. Jungen 27
Ausführung durchgehend bewehrte Betondecke
4. Versuchsstrecke BAB A 5 Bruchsal
Quelle: FE 09.0172/2011/HRB
Referat
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Einbau Asphaltdeckschicht (April 2016)
4. Versuchsstrecke BAB A 5 Bruchsal
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M. Eng. B. Jungen 29
Ausführung Grinding und Grinding + Grooving
4. Versuchsstrecke BAB A 5 Bruchsal
Quelle: FE 08.0220/2012/ORB
Referat
Betonbauweisen
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4. Untersuchungsstrecke BAB A 5 Bruchsal
Untersuchungsprogramm (allgemein)
Frischbetonprüfungen (z.B. Temperatur, Konsistenz, Mörtelschichtdicke, LP-Gehalt)
Griffigkeit, Textur, Längs- und Querebenheit (schnellfahrend ZEB)
Lärmpegelmessungen (CPX und SPB)
Prüfungen an Ausbauproben (z.B. Materialeigenschaften der Verfestigung, Druck-
und Spaltzugfestigkeit des Betons, Schichtdicken)
Untersuchungsprogramm (DBBD)
visuelle Zustandserfassung (z.B. Rissabstände und Rissentwicklung)
Erfassung von Messdaten (z.B. Temperatur, Horizontalverschiebungen an den
Endspornen, Stahlspannungen)
Prüfungen an Ausbauproben (z.B. Schichtenverbund Beton/Asphalt)
Haftzugfestigkeit und Feuchtegehalt der Betonoberfläche
Untersuchungsprogramm (Grinding)
Ermittlung von Texturdaten (Grobtextur, 3D-Textur, Strömungswiderstand)
dynamische Griffigkeitsmessungen mit LFC-Messverfahren ViaFriction
Prüfungen an Ausbauproben (z.B. Frost-Tausalz-Widerstandes)
Referat
Betonbauweisen
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M. Eng. B. Jungen 31
4. Aktueller Stand
Allgemein
Versuchsstrecke wurde Ende 2015 erfolgreich angelegt
Lärmpegelmessungen (CPX und SPB) stehen noch aus
Durchgehend bewehrte Betondecke
Asphaltüberbauung ist 2016 erfolgt
Erfassung der Messdaten erfolgt planmäßig
Abschlussbericht FE-Vorhaben wird erstellt
Grinding
Texturen: Grinding und Grinding + Grooving konnten zielsicher hergestellt werden
Ermittlung der Texturdaten erfolgte planmäßig
Erste Lärmpegelmessung (CPX) wurde nach dem Kerbschnitt durchgeführt
Abschlussbericht FE-Vorhaben wird derzeit erstellt
Referat
Betonbauweisen
Dr.-Ing. M. Wieland
M. Eng. B. Jungen
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
μ-s
km
m
V-1 VI-1 VI-2 VI-3
VII-3 VII-2 VII-1 VIII-1
VIII-2 VIII-3 Grenzwert 0,46 Grenzwert 0,40
Griffigkeitsmessungen BAB A5 (April 2016)
5. ausgewählte Ergebnisse
Referat
Betonbauweisen
Dr.-Ing. M. Wieland
M. Eng. B. Jungen 33
95
96
97
98
99
100
101
102
0 200 400 600 800
dB
(A)
m
V-1 VI-1 VI-2 VI-3
VII-3 VII-2 VII-1 VIII-1
VIII-2 VIII-3 Referenzwert
Nullmessungen Reifen-Fahrbahngeräusch (CPX) BAB A5
5. ausgewählte Ergebnisse
Referat
Betonbauweisen
Dr.-Ing. M. Wieland
M. Eng. B. Jungen 34
6. Ausblick
Allgemein
Forschungsvorhaben für die weitere wissenschaftliche Begleitung der
Versuchsstrecke sind in Vorbereitung
Beurteilung der Praxistauglichkeit
Untersuchung der Robustheit sowie der Dauerhaftigkeit/Wirtschaftlichkeit
Durchgehend bewehrte Betondecke
Überführung der Ergebnisse und Erkenntnisse in die Gremien der FGSV (AK 8.3.4)
Weiterentwicklung der Bauweise
Grinding
Überführung der Ergebnisse und Erkenntnisse in die Gremien der FGSV (AK 8.4.2)
weitere Lärmpegelmessungen erfolgen im Frühjahr
Weiterentwicklung der Maschinentechnik und -technologie
Weiterentwicklung der Texturmessverfahren