Workshop Neue Regelwerke zur Dimensionierung des Oberbaus 9. Dezember 2010 in Köln
Lange, Sivapatham, Dr. SimmleitTPA, Bereich West / Verkehrswegebau International
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Erfahrung mit der rechnerischen Asphaltbemessung gemäß RDO Asphalt in Deutschland und im Ausland (PaDesTo) sowie für Containerflächen (HIPAVE)
Werner Lange Pahirangan Sivapatham
Dr. Norbert Simmleit
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Gliederung:• Gründe für den Einsatz von
Dimensionierungsprogrammen• Voraussetzung für die Anwendung• Beispiele:
– PPP – Autobahnprojekt (Dänemark)– PPP – Projekt „Tripolis International Airport Road“
(Libyen)– Container-Terminal (Wilhelmshaven)
• Resümee
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Gründe / Probleme bei dem Einsatz von Dimensionierungsprogrammen
• Wunsch des AG nach kostengünstiger Bemessung von Verkehrsflächen• Gleichwertigkeitsnachweis alternativer Befestigungsvarianten
• PPP-Projekte– Planung des Oberbaus einschl. kostengünstiger Varianten– detaillierte Informationen liegen vor (Verkehr, Zuwachsraten…)– lange Konzessionszeiträume (20 – 30 Jahre)
• zusätzlich zu beachtende Kriterien bei Auslandsprojekten– wenig Daten (Verkehrsaufkommen, Achslasten etc.)– erfahrungsgemäß hohe Überladung der Lkw– abweichende klimatische Bedingungen
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Voraussetzung für den Einsatz von Dimensionierungsprogrammen
- Steifigkeitmodul -
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Voraussetzung für den Einsatz von Dimensionierungsprogrammen
- Ermüdungsverhalten -
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PPP-Projekt Kliplev – Sonderborg(Dänemark)
26 km Neubau 4-spurige AutobahnAuftragssumme ca. 120 Mio. €Konzessionszeit: 26 Jahre
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Kliplev - Sonderborg
B-Zahl nach RSTO: 21,4 Mio. AÜ (10 t)
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Oberbau nach dän. RegelwerkSMA 8 S 25/55-55 4,0 cmBinder AC 11 B S 25/55-55 6,0 cmTragsch. AC 22 T S mit 50/70 11,0 cm
Asphaltdicke: 21,0 cm Schottertragschicht 25,0 cmFrostschutzschicht 35,0 cmPlanum
Ergebnis der Berechnung mit PaDesTo:
Ermüdungszustand: Asphalt = 54 %Maximale Druckspannung:
ToB= 109 %Planum = 38 %
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Alternative Dimensionierung IRSTO 01 Optimierung
mit PaDesToDecke AC D - Kalibrierung 50/70 4,0 cm 4,0 cm Binder AC B - Kalibrierung 30/45 8,0 cm 4,0 cmTragsch. AC 22 T – Kalibr. 50/70 14,0 cm 13,0 cm
Asphaltdicke: 26,0 cm 21,0 cm Schottertragschicht 15,0 cm 15,0 cmFrostschutzschicht 39,0 cm 39,0 cmPlanum
5 cm !
Ergebnis der Berechnung mit PaDesTo:
Ermüdungszustand: Asphalt = 16 % 87%Maximale Druckspannung:
ToB= 0 % 106 %Planum = 3 % 146% ?
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Alternative Dimensionierung IIVariante I Variante II
SMA 8 S 25/55-55 3,0 cm 3,0 cm Binder AC 11 B S 25/55-55 5,0 cm 4,0 cmTragsch. AC 22 T S mit 50/70 11,0 cm 8,0 cm
Asphaltdicke: 19,0 cm 15,0 cm Verfestigung (2000 MPa) 25,0 cm 25,0 cmFrostschutzschicht 40,0 cm 40,0 cmPlanum
Ergebnis der Berechnung mit PaDesTo:
Ermüdungszustand: Asphalt = 66 % 129%HGT = 1000 % 1000%
Maximale Druckspannung:ToB= - -Planum = 0 % 1%
!
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Ausführungsvariantegewählte Variante
SMA 8 S 25/55-55 3,0 cm (2 cm)Binder AC 11 S 25/55-55 4,0 cm Tragsch. AC 22 TS mit 30/45 8,0 cm
Asphaltdicke: 15,0 cmVerfestigung (2000 MPa) 25,0 cmFrostschutzschicht 40,0 cmPlanum
Ergebnis der Berechnung mit PaDesTo: Ermüdungszustand: Asphalt = 39 % (45 %)
HGT = 1000 %Maximale Druckspannung:
ToB= -Planum = 1 % (1 %)
4,0 cm6,0 cm11,0 cm21,0 cm STS 25,0 cmFSS 35,0 cmPlanum
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Tripolis International Airport Road (TIAR)
• Aus- und Neubau der bestehenden 2-spurigen Flughafenanbindung zu einer 4-spurigen Autobahn
• Länge insgesamt 23 km
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Grundlagen der Dimensionierung
Dimensionierung nach AASHTO - Verfahren• „AASHTO Guide for Design of Pavement
Structures“, 1993Vorgaben des AG:• Verkehrsdaten
– keine repräsentativen DTV – Zählungen– keine Achslastverteilungen
• Verkehrszunahme von mind. 7 % p.a.
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AASHTO - Verfahren
• Eingangswerte:– Anzahl 8,2-t-Standardachsen– Steifemodul des Planums (Jahresmittel)– Befahrbarkeitsindex– Versagenswahrscheinlichkeit
• Lösung mittels Nomogramm / Iteration• Ergebnis: Strukturkennzahl SN
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• Umrechnung auf 8,2-t-Standardachse mit Hilfe der 4.-Potenz-Regel
• Verkehrsbelastung im Zeitraum von 20 Jahren W18 = 191 Mio. 8,2-t-Achsen
AASHTO - Verfahren
Angenommene Achslastverteilung (Erfahrungswerte)
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AASHTO - Verfahren
Ergebnis: • erforderlicher SN-Wert = 7,34• Aufteilung mit Hilfe von Äquivalenzfaktoren ergibt:
- Asphaltdeckschicht 5 cm- Asphaltbinderschicht 6 cm- Asphalttragschicht 20 cm
Asphaltdicke 31 cm- Schottertragschicht 20 cm- untere Tragschicht 20 cm
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Nachrechnung mit PaDesTo
• B – Zahl nach RSTO 01 = 93,7 Mio. AÜ (10 t)
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Nachrechnung mit PaDesTo
Angenommene Temperaturverteilung für TRIPOLIS
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Sicherheitsfaktor Planum 2,5 1,5Decke AC 19 mit 60/70 5 cm 5 cmBinder AC 25 m. 60/70 + PR-plast 6 cm 6 cmTragsch. AC 25 mit 60/70 20 cm 20 cm
Asphaltdicke: 31 cm 31 cmSchottertragschicht 20 cm 20 cmuntere Tragschicht 20 cm 20 cm
Ermüdungszustände:Asphalt 75 % 75 %
Maximale Druckspannung:ToB18 % 18 %
Planum 1000 % 62 %
Ergebnis der Nachrechnung mit PaDesTo
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Dimensionierung von hochbelasteten Verkehrsflächen
Max. Achslast 95 Tonnen !
Beladung der Container variiert
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Besonderheiten des Programms HIPAVE► Verkehrsbelastung
- Verkehrszählung- Lastspektren für Container frei oder basierend auf Erhe- bungen (z. B. der Britischen Hafen-Gesellschaft) wählbar - Achslastdaten oder -gruppen von Fahrzeugen aus einer Fahrzeugbibliothek oder frei generierbar
► Schichtenfolge im Oberbau frei wählbar► Materialeigenschaften der Baustoffe können frei eingegeben werden: - E-Modul (Asphalt, Beton, ToB und TmB) - Ermüdungsfunktionen für Erdplanum, ungebundene
und gebundene Tragschichten und Asphaltschichten► Schichtenverbund (mit / ohne, d.h. keine Zwischenwerte)
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Eurogate – Terminal (WHV)• Vorgaben des LV
– Fahrstraßenbelastung durch Van Carriermit ca. 75 t Eigengewicht und max. 60 t Last,auf insgesamt 8 Rädern
– Aufbau der Fahrstraßen:• 3 cm SMA 8 S mit 25/55-55 A• 6 cm AC 16 B S mit 10/40-65 A• 10 cm AC 22 T S mit 25/55-55 A• 30 cm Verfestigung• > 100 cm Spülsand
– keine weiteren Angaben zur Verkehrsbelastung
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• angenommene Verkehrsbelastung:– 240 Fahrten pro Tag– Nutzungszeitraum 20 Jahre– Versagenswahrscheinlichkeit 5 %– Lastspektrum der Containerbeladung
• 50 % 40-Fuß-Container + 50 % 20-Fuß-Container• Nutzlastverteilung gemäß British Port Assosiation
Guide, 1996 (4t – 34 t)• Berechnung des CDF – Wertes für jede
Schicht (CDF = Cumulative Damage Factor)
Eurogate: Berechnung mit HIPAVE
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Ergebnis mit HIPAVE: Aufbau CDF
SMA 8 S 25/55-55 A 3 cm 5,85*10-5Binder AC 11 B S 10/40-65 A 6 cm 2,16*10-4Tragsch. AC 22 T S 25/55-55 A 10 cm 6,34*10-1
Verfestigung 20 cm 7,23*10-2Spülsand 100 cm 1,18*10-8
Ergebnis mit PaDesTo:
Ermüdungszustände: Asphalt 272 %Verfestigung 1000
%Maximale Druckspannung: ToB 0 %
Planum 2 %
Eurogate: Berechnung mit HIPAVE
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• Übertragung des Lastspektrums aus HIPAVE
Eurogate: Berechnung mit PaDesTo
B – Zahl nach RSTO 01 = 199 Mio. AÜ (10 t)
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Ergebnis mit HIPAVE: Aufbau CDF
SMA 8 S 25/55-55 A 3 cm 5,85*10-5Binder AC 11 B S 10/40-65 A 6 cm 2,16*10-4Tragsch. AC 22 T S 25/55-55 A 10 cm 6,34*10-1
Verfestigung 20 cm 7,23*10-2Spülsand 100 cm 1,18*10-8
Ergebnis mit PaDesTo (mittleres Sicherheitsbedürfnis):
Ermüdungszustände: Asphalt 272 %Verfestigung 1000
%Maximale Druckspannung: ToB 0 %
Planum 2 %
Eurogate: Berechnung mit HIPAVE
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Resümee• Kundennachfrage nach wirtschaftlicher
Dimensionierung von Verkehrsflächen nimmt zu.• Rechenprogramme sind ein hilfreiches Werkzeug zur
Dimensionierung– von Verkehrsflächen mit straßentypischer Belastung– bei Auslandprojekten durch Berücksichtigung lokaler
Verkehrssituationen und Klimabedingungen und– zum Nachweis der Gleichwertigkeit von Befestigungen.
• Bei Industrieflächen bzw. komplizierten Achskon-figurationen stoßen die im Straßenbauregelwerk beschriebenen Rechenprogramme an ihre Grenzen.