Versuchsstrecke BAB A5 Bruchsal Ziele und Stand der ... · Referat Betonbauweisen Dr.-Ing. M. Wieland M. Eng. B. Jungen 3 1. Einleitung „Mobilität ist zentrale Voraussetzung für

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Versuchsstrecke BAB A5 Bruchsal –Ziele und Stand der Realisierung

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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)

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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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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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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


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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)


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Plattenbauweise versus durchgehend bewehrte Betondecke


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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


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Plattenreihe bei niedrigen Einbautemperaturen

Ausdehnung der Plattenreihe bei Erwärmung

Plattenreihe bei nachfolgender Abkühlung

Ausdehnung der Plattenreihe bei erneuter Erwärmung


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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


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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


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Waschbeton versus Grinding

d

t

Distanz-

scheibe

s

b

Säge-

blatt

Säge-

blatt

Segment Segment

mechanische Anregung

aerodynamische Anregung

„Horneffekt“

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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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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


Quelle: FE 08.0220/2012/ORB

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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


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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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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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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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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

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Ausführung durchgehend bewehrte Betondecke


Quelle: FE 09.0172/2011/HRB

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Einbau Asphaltdeckschicht (April 2016)


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Ausführung Grinding und Grinding + Grooving


Quelle: FE 08.0220/2012/ORB

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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)

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4. Aktueller Stand

Allgemein

Versuchsstrecke wurde Ende 2015 erfolgreich angelegt

Lärmpegelmessungen (CPX und SPB) stehen noch aus


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

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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)


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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


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6. Ausblick

Allgemein

Forschungsvorhaben für die weitere wissenschaftliche Begleitung der

Versuchsstrecke sind in Vorbereitung

Beurteilung der Praxistauglichkeit

Untersuchung der Robustheit sowie der Dauerhaftigkeit/Wirtschaftlichkeit


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

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