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1 PEBA Prüfinstitut für Baustoffe GmbH
Köpenicker Landstraße 280, 12437 Berlin Tel.: (030) 63 95 80 - 0 Fax: (030) 63 95 80 - 50
Bemessung von Straßenkonstruktionen nach den RStO 12
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Inhalt
1. Anforderung an den Straßenkörper und die Straßenbefestigung
2. Bemessung 2.1 Standardisierung nach den RStO-12 2.2 Baugrund und Untergrundverhältnisse 2.3 Oberbau
3. Erneuerung von Fahrbahnen 4. Fazit
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RStO 12 - Warum eigentlich?
Neue Erkenntnisse insbesondere Zunahme der Verkehrsbelastung und Veränderung der Verkehrszusammensetzung
Erfahrungen der Straßenbaulastträger mit den Bauweisen in der Fortschreibung berücksichtigt
Konstruktive Veränderungen,
bewährte Grundprinzipien wurden jedoch beibehalten
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1. Anforderung an den Straßenkörper und die Straßenbefestigung
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Asphaltbauweise Damm
Einschnitt
1. Anforderung an den Straßenkörper und die Straßenbefestigung
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Straßenbefestigung StraßenbefestigungTragschicht
1. Anforderung an den Straßenkörper und die Straßenbefestigung
Untergrund/ Unterbau (anstehender Boden/
Aufschüttung bei Damm)
Asphalt (Deck- und Binderschicht) Beton, Pflaster
• lastverteilende Wirkung • Verhinderung des Eindringens von Oberflächenwasser • lange Haltbarkeit (geringer Abrieb, Alterung) • guter Fahrkomfort (Ebenheit, Rollgeräusche) • Verkehrssicherheit (Griffigkeit) • geringe Lärmentwicklung
Fahrbahndecke
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2. Bemessung
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2. Bemessung
Aufgabe der Bemessung (Baustoffe und Schichtdicken)
Keine unzulässigen
Spannungen und Verformungen
im Straßenoberbau/ Straßenuntergrund
wirtschaftlich
konstruktiv
ausführungstechnisch
strategisch
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2. Bemessung
• aktueller Ergebnisse der Baustoffforschung
• Einbeziehung vorh. Baugrundes, Klima etc …
• Standardisierung (Mindestanforderungen)
Bemessung
Rechnerisch (Theoretische
Rechenverfahren)
Empirisch (langjährige Erfahrungen)
• idealisiert: elastisch isotroper Halbraum (Hooksches Gesetz: s = E e) • Überlagerung von Spannungen und Verformungen
„Dimensionierungssoftware (FE-Methoden theoretische Berechnung von Deflektionsmulden z. B. BISAR)“ RStO 12
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2. Bemessung
2.1 Standardisierung nach den RStO-12
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2. Bemessung
RStO 01
Bemessungsrelevante Beanspruchung B Bauklassen
SV, I bis VI
RStO 12
Dimensionierungsrelevante Beanspruchung B
Belastungsklassen Bk100 bis Bk0,3
bislang Neu:
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Belastungsklasse Bk 3,2 - Bk 100: Besondere Beanspruchungen
Verkehrsflächen können besonderen Beanspruchungen durch Schwerverkehr unterliegen, z. B.
- bei spurfahrendem Verkehr und enger Kurvenfahrt - bei langsam fahrendem Verkehr - bei häufigen Brems- und Beschleunigungsvorgängen
- in Kreuzungs- und Einmündungsbereichen
- bei Stellflächen - bei stehendem oder „Stop-and-go-Verkehr“.
2. Bemessung
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FORSCHUNGSGESELLSCHAFT FÜR STRASSEN_ UND VERKEHRSWESENARBEITSGRUPPE FAHRZEUG UND FAHRBAHN
Richtlinien für die
Standardisierung des Oberbauesvon Verkehrsflächen
RStO 01
Ausgabe 2001
2. Bemessung
Bestimmung der Belastungsklasse durch Verkehrsbelastung
Belastungsklasse nach Dimensionierungsrelevanter
Beanspruchung B (Verkehrszählung/ rechnerisch)
Belastungsklassen Bk100 bis Bk0,3
RStO 12
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Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung Für die Ermittlung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B ist i. d. R. Nutzungszeitraum von 30 Jahren und ein äquiv. 10 t- Achsübergang anzunehmen.
PKW spielen bei der Bemessung keine Rolle, da 16.000 PKW nur soviel Schäden wie 1 LKW mit einer 10 t- Achse anrichten.
Die Berechnungsformeln sind dem Anhang 1 der RStO 12 zu entnehmen.
2. Bemessung
Schadenwirkung nach 4.Potenzgesetz
1t 1t 7,5 t 9,5 t 10,0 t 10,0 t
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Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung
2. Bemessung
BK III
BK V und VI
Bei einer dimensionierungs-relevanten Beanspruchung größer 100 Mio. sollte der Aufbau mit Hilfe der RDO dimensioniert werden.
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Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B
Methode 2: anhand von Achslastdaten setzt die Kenntnis von detaillierten Achslastdaten voraus 2.1 (variablen Faktoren) 2.2 (konstante Faktoren)
Methode 1: aus DTV(SV) –Werten wenn nur DTV (SV) Angaben vorliegen 1.1 (variablen Faktoren) 1.2 (konstante Faktoren)
2. Bemessung
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Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung 365321
)( zBmSV ffffqDTANB
ASVSV fDTVDTA )()(
Berechnung für Fahrstreifen mit der höchsten Verkehrsbelastung durch SV-Verkehr unter Berücksichtigung • geplanter Anzahl der Fahrstreifen im Querschnitt • Breite des Fahrstreifens • Längsneigung
2. Bemessung
Gewichtete äquival. 10t-Achsübergänge
Anzahl der Jahre des zugrunde gelegten Nutzungszeitraumes
Durchschnittl. Anzahl der tgl. Achsübergänge (Aü) des SV
Durchschnittl. tgl. Verkehrs-stärke des SV
Durchschnittl. Achszahl pro Fahrzeug des SV (Achszahlfaktor)
Fahrstreifen- faktor
Lastkollektivquotient
Fahrstreifen- breitenfaktor
Steigungsfaktor
Mittlere jährl. Zunahme des SV
Bmq
AfAfA
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Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B
fA leicht erhöht
2. Bemessung
Auswertung von Achslastmessungen der BASt
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Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B
qBm leicht erhöht
2. Bemessung
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Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B
2. Bemessung
Bemessungsrelevante Beanspruchung B
Dimensionierungsrelevante Beanspruchung B
DTV(SV) 2005 RStO 01 RStO 12
6923 Kfz/ 24 h 60,26 Mio. 81,94 Mio.
aus Sieber, R. "Die neuen Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen", 01/2013 asphalt
Äquvalente 10 t-Achsübergänge in Mio.Daten einer
Verkehrserhebung
+ 36%
3.619 Kfz/ 24 h
Bk 100 (Bk SV) = Σ 34 cm Bk 32 (Bk I) = Σ 30 cm
42,8 Mio. 31,5 Mio.
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FORSCHUNGSGESELLSCHAFT FÜR STRASSEN_ UND VERKEHRSWESENARBEITSGRUPPE FAHRZEUG UND FAHRBAHN
Richtlinien für die
Standardisierung des Oberbauesvon Verkehrsflächen
RStO 01
Ausgabe 2001
RStO 12
Bestimmung der Belastungsklasse durch Verkehrsbelastung
Belastungsklasse nach dimensionierungsrelevanter
Beanspruchung B (Verkehrszählung/ rechnerisch)
Belastungsklasse nach
Straßenkategorie (RASt)
2.1 Standardisierung nach den RStO 12
Belastungsklassen Bk100 bis Bk0,3
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Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung
2.1 Standardisierung nach den RStO 12
Größere Differenzierung der Belastungsklasse möglich !
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Bauklassen und Verkehrsbeanspruchung Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung
2.1 Standardisierung nach den RStO 12
Wahl der Belastungsklasse nach der tatsächlich
vorhandenen Verkehrsbelastung!
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2. Bemessung
2.1 Standardisierung nach den RStO-12
2.2 Baugrund und Untergrundverhältnisse
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• jeweilige Frostempfindlichkeitsklasse des Untergrundes, in dem das Bauvorhaben liegt, zu berücksichtigen.
Es werden folgende Frostempfindlichkeitsklassen unterschieden:
F 1 - frostsicher, nicht frostempfindlich F 2 - gering bis mittel frostempfindlich F 3 - sehr frostempfindlich
• Trag- und Verformungsverhalten des Untergrundes/ Unterbaues und Frostempfindlichkeit sind heranzuziehen • Frostsicherer Straßenaufbau ist so zu bemessen, dass auch während der Frost- und Auftauperioden keine schädlichen Verformungen entstehen
2.2 Baugrund/ Untergrundverhältnisse
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Auswirkungen der Frostempfindlichkeit auf d. Dimens. d. Oberbaus erforderliche Mindestdicke richtet sich nach:
• Frostempfindlichkeitsklasse des Bodens • maximalen Frosteindringtiefe des betreffenden Gebietes.
als Richtwert
2.3 Oberbau
F1-Boden: FSS kann entfallen, wenn: • bzgl. Verdichtungsgrades die Anforderungen der ZTV SoB-StB an FSS erfüllt • bis in eine Tiefe von 1,20 m Frostzone I, 1,30 m Frostzone II, 1,50 m Frostzone III unter Fahrbahnoberfläche reicht.
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Beurteilung der Frostempfindlichkeit
Örtliche Verhältnisse:
Verringerung/ Erhöhung der Dicke der Frostschutzschicht bewirken (Mehr- oder Minderdicken) • Frosteinwirkzone • Lage der Gradiente • Wasserverhältnisse
Auswirkungen auf den Oberbau
2.3 Oberbau
RStO 12: Mehr- oder Minderdicke = A + B + C + D + E
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Örtliche Verhältnisse:
Frosteinwirkzone
Aktualisierte Frostzonenkarte • Max. Frostindex FI30 ohne Berücksichtigung der Beeinflussung d. Bebauung • Auswertung der Daten von 221 Wetter- stationen (1955/56 – 2004/5)
Frosteinwirkzone I Frosteinwirkzone II Frosteinwirkzone III
2.3 Oberbau
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2.3 Oberbau
Örtliche Verhältnisse:
Ausführung der Randbereiche
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Örtliche Verhältnisse:
Wasserverhältnisse Zuschläge aufgrund regionaler Erfahrungen
Ungünstige Wasserverhältnisse:
• Grundwasser < 1,50m unter Planum • kalten Zonen mit maximalen Frosteindring- tiefen > 1,0 m und mit im Regelfall häufigen Frost- Tauwechseln
2.3 Oberbau
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Örtliche Verhältnisse:
Lage der Gradiente
2.3 Oberbau
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33
2.3 Oberbau
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Mehr- oder Minderdicken infolge örtlicher Verhältnisse gem. RStO 12 2.3 Oberbau
RStO 12: Mehr- oder Minderdicke = A + B + C + D + E
Neuregelung: Bis 1,5 m Grund- oder Schichtenwasser
Neuregelung: Kein Zuschlag im Bereich + 0,0 bis 2,0 m
Kleinräumige Klimaunterschiede zusätzlich mit aufgenommen
Außerhalb geschl. Ortslage: konkretisiert Innerhalb geschl. Ortslage: zusammengefasst Abzug reduziert
Neue Frostzonenkarte
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Erforderliche Schichtdicke von Tragschichten ohne Bindemittel 2.3 Oberbau
Wahl des Schichtenaufbaus in Abhängigkeit
• der Belastungsklasse
• der im Oberbau zu verwendenden Materialien und
• des Untergrundes
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Erforderliche Schichtdicke von Tragschichten ohne Bindemittel 2.3 Oberbau
1 MN/m² = 1 MPa
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37
3. Erneuerung von Fahrbahnen
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38 3. Erneuerung von Fahrbahnen
Restsubstanz
Tragfähigkeit Zustand/ Leistungsfähigkeit der Entwässerungseinrichtungen
Art und Zustand, Alter und Eignung
für vorgesehene Funktion (einschl. Untergrund/ Unterbau)
Oberflächenzustand und bisherige Verkehrsbelastung
Festlegung einer Erneuerungsbaubauweise
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39
3. Erneuerung von Fahrbahnen
Bewertung der strukturellen Substanz der vorhandenen Befestigung
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• Ermittlung der Ursachen für Oberflächenzustand • Eignung der vorhandenen Befestigung (einzelner Schichten des Untergrundes/Unterbaues)
3. Erneuerung von Fahrbahnen
Insbesondere sind festzustellen:
Darüber hinaus sind die sonstigen im Rahmen der Zustandserfassung und -bewertung erfassten Zustandsmerkmale, Schäden und deren Ursachen bei der Festlegung einer zweckmäßigen Erneuerungsbauweise zu berücksichtigen.
Zustandsmerkmale einzeln oder in Kombination
• Art, Dicke und Eigenschaften (Mischgut- ggf. Bindemitteluntersuchungen) der einzelnen Schichten • Art des Untergrundes/Unterbaues (insbesondere Frostempfindlichkeitsklasse, Wasserverhältnisse) • Schichtenverbund • Umfang der Untersuchungen in Abhängigkeit des vorhandenen Schadensbildes
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Bestimmung der Tragfähigkeit ergänzend zur Zustandsbewertung
• auch zur Ermittlung visuell nicht erkennbarer Schwachstellen • zur Festlegung von Erneuerungsabschnitten gleicher Tragfähigkeit. • in Kombination mit Georadarmessungen zur Ermittlung homogener Abschnitte für die Festlegung von BK-EST
Erfahrungshintergrund: Messungen der Tragfähigkeit unmittelbar zur Ermittlung der erforderl. Schichtdicke für die Erneuerung herangezogen werden.
3. Erneuerung von Fahrbahnen
Benkelman- Messungen zur Ermittlung der Durchbiegung (Tragfähigkeit)
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Tragfähigkeitsuntersuchungen (Bewertung visuell nicht erkennbarer
Schwachstellen)
Wahl der Erneuerungsart
1. Vollständiger Ersatz der vorhandenen Befestigung
Erneuerung der Fahrbahn erforderlich
Befestigungsdicke muss an die gestiegene Verkehrsbeanspruchung angepasst werden
Abschätzung der Restsubstanz Festlegung der Erneuerungsmaßnahme
3. Erneuerung von Fahrbahnen
2. Teilweiser Ersatz der vorhandenen Befestigung
3. Erneuerung auf der vorhandenen Befestigung
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Auswahlkriterien: • Verbesserung der Gradiente und/ oder der Querneigung • Höhenzwangspunkte (ggf. grundhaft oder zeitbefristet) • Geplante Querschnittserweiterung • Dichte Folge von Überführungsbauwerken mit begrenzter lichter Höhe • Verkehrsführung (Umleitungsstecken) • Streifenweise Erneuerung • Stufenweise Erneuerung (bei Asphaltbauweisen) • Überbaubarkeit (Belastbarkeit) von Bauwerken und Rohrleitungen • Nicht frostsichere Verkehrsflächen • Berücksichtigung der Art und Ausführung später geplanter Auf- und
Ausbaustufen • Eignung der vorhandenen Schichten für die künftige Funktion • Verwendbarkeit (Wiederverwendbarkeit) ausgebauter Materialien (auch Kaltbauweise KRC-Verfahren)
3. Erneuerung von Fahrbahnen
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3. Erneuerung von Fahrbahnen
Die Entscheidung für eine der 3 Bauweisen wird entsprechend den örtlichen und wirtschaftlichen Gegebenheiten getroffen.
Asphaltbauweise Betonbauweise Pflasterbauweise
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Begrifflichkeiten • „Asphaltdecke“ = Asphaltdeck- + Asphaltbinderschicht • Bauklasse = Belastungsklasse (eindeutiger Bezug auf die vorh.
Verkehrsbelastung, Bezug auf gemessene Achslasten) Bk III Bk 3,2 und Bk 1,8 Bk V und VI Bk 0,3 Annahmen zur Verkehrsbelastung • Flexible Anpassung der Dimensionierung an tatsächl. Verkehrs-
beanspruchung • Annahmen zur Verkehrsbelastung (fA und qBM) realitätsnäher
Dimensionierung auf der „sicheren Seite“ • „Deckelung“ der höchsten Belastung (Bk 100) Dimensionierung sollte
nach RDO erfolgen (BAB) bauvertragliche Regelungen werden derzeit noch erstellt
• Detailliertere Zuordnung der Verkehrsflächen zu den Belastungsklassen Bessere Einschätzung der Entwurfssituation im Kommunalen Bereich
4. Fazit
Konstruktive Veränderungen, bewährte Grundprinzipien wurden beibehalten
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Annahmen zu den örtlichen Verhältnissen • F1 –Böden Konkretisierung der Anforderungen • Frosteindringtiefe: neue Frostzonenkarte - relativierte Betrachtung unter
Einbeziehung des Extremwinters 1962/63 • Örtliche Verhältnisse insgesamt konkretisiert
Erneuerung von Fahrbahnen • Erneuerungsklassen fallen weg
Insgesamt höhere Sicherheit gegenüber vorzeitigem Versagen
Kritische Anwendungen für hohe Verkehrsbelastungen ausgeschlossen
4. Fazit
Konstruktive Veränderungen, bewährte Grundprinzipien wurden beibehalten
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Prof. Dr.-Ing. D. Großhans, Dipl.-Ing. Sandra Kaden
…Grenzen für die standardisierte Bemessung
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Prof. Dr.-Ing. D. Großhans, Dipl.-Ing. Sandra Kaden
PEBA Prüfinstitut für Baustoffe GmbH Köpenicker Landstraße 280 12437 Berlin [email protected] Tel.: (030) 63 95 80 - 0 Fax: (030) 63 95 80 - 50