Erfahrung mit der rechnerischen Asphaltbemessung gemäß RDO

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

Workshop Neue Regelwerke zur Dimensionierung des Oberbaus9. Dezember 2010 in Köln



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



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


Lange, Sivapatham, Dr. SimmleitTPA, Bereich West / Verkehrswegebau International 4

Voraussetzung für den Einsatz von Dimensionierungsprogrammen

- Steifigkeitmodul -



Voraussetzung für den Einsatz von Dimensionierungsprogrammen

- Ermüdungsverhalten -



PPP-Projekt Kliplev – Sonderborg(Dänemark)

26 km Neubau 4-spurige AutobahnAuftragssumme ca. 120 Mio. €Konzessionszeit: 26 Jahre



Kliplev - Sonderborg

B-Zahl nach RSTO: 21,4 Mio. AÜ (10 t)



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 %



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 !


Ermüdungszustand: Asphalt = 16 % 87%Maximale Druckspannung:

ToB= 0 % 106 %Planum = 3 % 146% ?



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


Ermüdungszustand: Asphalt = 66 % 129%HGT = 1000 % 1000%

Maximale Druckspannung:ToB= - -Planum = 0 % 1%

!



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



Tripolis International Airport Road (TIAR)

• Aus- und Neubau der bestehenden 2-spurigen Flughafenanbindung zu einer 4-spurigen Autobahn

• Länge insgesamt 23 km



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.



AASHTO - Verfahren

• Eingangswerte:– Anzahl 8,2-t-Standardachsen– Steifemodul des Planums (Jahresmittel)– Befahrbarkeitsindex– Versagenswahrscheinlichkeit

• Lösung mittels Nomogramm / Iteration• Ergebnis: Strukturkennzahl SN



• 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)



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 cmuntere Tragschicht 20 cm



Nachrechnung mit PaDesTo

• B – Zahl nach RSTO 01 = 93,7 Mio. AÜ (10 t)



Nachrechnung mit PaDesTo

Angenommene Temperaturverteilung für TRIPOLIS



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



Dimensionierung von hochbelasteten Verkehrsflächen

Max. Achslast 95 Tonnen !

Beladung der Container variiert



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)



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



• 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



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 %




• Übertragung des Lastspektrums aus HIPAVE

Eurogate: Berechnung mit PaDesTo

B – Zahl nach RSTO 01 = 199 Mio. AÜ (10 t)



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 %




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.

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