"Schnelles Bauen" mit Kompaktasphalt

Transcrição

Erprobungsstrecke „Schnelles Bauen“
Vorbereitung einer baulichen Erhaltungsmaßnahme
mit kompakter Asphaltbefestigung
Luckau
20. August 2015
Dipl.-Geologe B. Dudenhöfer
ASPHALTA
Prüf- und Forschungslaboratorium GmbH
Berlin
Gliederung
• Grundlagen der kompakten Asphaltbefestigung
o
o
o
o
Regelwerke
Definition
Besonderheiten und Anforderungen
Einbauverfahren
• Zustandsbild der vorhandenen Strecke:
o Bauphasen und Alter der Schichten
o Zustandserfassung- und -bewertung 2008/12
o Ortsbegehungen 2014 und 2015
• Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes
o Konzept
o Untersuchungsergebnisse
Dipl.-Geol. B. Dudenhöfer
Kompakte Asphaltbefestigung - VSVI Exkursion
2
1
Grundlagen der kompakten Asphaltbefestigungen
B 101n, ABS 010 - 100
3
Kompakte Asphaltbefestigungen
Regelwerk
4
2
Definition
Eine Kompakte Asphaltbefestigung „heiß auf heiß“ besteht aus einer
Asphaltdeckschicht aus Walzasphalt und einer Asphaltbinderschicht,
die unmittelbar hintereinander eingebaut werden. Die Verdichtung
beider Schichten erfolgt dabei in einem Arbeitsgang.
aus: ZTV Asphalt-StB 07/13
Kompakte Asphaltbefestigungen sind zweischichtig eingebaute
Walzsphalte, bei deren Einbau die Wärmekapazität der unteren Schicht
genutzt wird, um die dünne obere Schicht besser verdichten zu können.
Dadurch wird der Schichtenverbund sichergestellt.
aus: Merkblatt für den Bau Kompakter Asphaltbefestigungen M KA, Ausgabe 2010
5
Ziele der Anwendung
Verbesserung der Voraussetzungen für die Verdichtung
Zuverlässiger Schichtenverbund infolge Verzahnung bzw. Verklebung
der beiden Schichten und damit bessere Ableitung der Schubkräfte
aus der Asphaltdeckschicht
Hohe Verformungsbeständigkeit und gutes Langzeitverhalten.
Einsparung besonders hochwertiger Baustoffe im Hinblick auf die
Griffikeit und die Helligkeit aufgrund reduzierter
Asphaltdeckschichtdicke
aus: Merkblatt für den Bau Kompakter Asphaltbefestigungen, Ausgabe 2010
6
3
Ziele der Anwendung
Weitere Ziele:
Einbau von Asphaltdeck- und Asphaltbinderschicht in einem
Arbeitsgang – Verkürzung der Bauzeit
Reduzierung der Deckschichtdicke beim Neubau bedeutet
Reduzierung der Deckschichtdicke im 1. Erhaltungszyklus
Bietet erweiterte Möglichkeiten zum Einbau dünner, lärmtechnisch
optimierter Asphaltdeckschichten auch bei ungünstiger
Jahreszeit
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Anforderungen
Anforderungen an die eingebaute Schicht:
Bei Kompakten Asphaltbefestigungen darf der Verdichtungsgrad in der
Asphaltdeck- und in der Asphaltbinderschicht den Grenzwert von 99 %
nicht unterschreiten.
aus: ZTV Asphalt-StB 07/13, Abschnitt 4.2.2
8
4
Besonderheiten
Einbautechnologie:
Bei den Bauverfahren für Kompakte Asphaltbefestigungen „heiß auf
heiß“ sind Spezialfertiger oder zumindest modifizierte konventionelle
Fertiger erforderlich.
Verdichtungstechnik:
Durch die gemeinsame Verdichtung von Asphaltdeck- und
Asphaltbinderschicht in einem Arbeitsgang sind ein besonderes
Walzregime und spezielle Walzen erforderlich.
Asphaltmischgut:
Für den Einbau in kompakter Bauweise müssen die
Asphaltmischgutrezepturen und die Mischguttemperaturen auf die
speziellen Bedingungen angepasst werden.
9
Besonderheiten
Disposition der Einbaumengen:
Um einen unterbrechungsfreien Einbau mit gleichbleibender
Einbaugeschwindigkeit zu gewährleisten, müssen ausreichende
Liefermengen für Asphaltmischgut disponiert werden.
Übergabetechnik:
Zur Zuführung des Asphaltmischgutes sind Übergabegeräte
erforderlich.
Es müssen Maßnahmen für eine verwechslungsfreie Beschickung der
Fertiger getroffen werden
10
5
Einbauverfahren
Einbauverfahren
Variante
heiß auf heiß
heiß auf warm
1
2
3
mit einem Fertiger
mit zwei unmittelbar hintereinander
fahrenden Fertigern
mit zwei hintereinander fahrenden
Fertigern
Spezialfertiger
Zwei modifizierte konventionelle
Fertiger
Zwei konventionelle Fertiger
(2,50) 3,00 bis 13,25 m
3,00 bis 8,00 m
3,00 bis 12,50 m
erforderlich
erforderlich
nicht erforderlich
Befüllung des Fertigers für die obere
Schicht
mit Übergabegerät
mit Übergabegerät
Direktbefüllung oder
Übergabegerät
Fahrspur neben der Einbaubahn zur
Asphaltmischgutanlieferung
nicht erforderlich
nicht erforderlich
erforderlich
Verdichtung der unteren Schicht vor
Einbau der oberen Schicht
Vorverdichtung durch
Fertiger
Vorverdichtung durch Fertiger
Vorverdichtung durch Fertiger und
Walzverdichtung
-
mit dem Fertiger für die obere Schicht
mit Lieferfahrzeugen und Fertiger
für die obere Schicht
beide Schichten gemeinsam
beide Schichten gemeinsam
Verdichtung der oberen
Asphaltschicht
eine Walzengruppe
eine Walzengruppe
zwei Walzengruppen
nicht erforderlich
nicht erforderlich
Ist gegebenenfalls vorzusehen
vollständig
nahezu vollständig
teilweise
verzahnt
verzahnt
verklebt, teilweise verzahnt
-
konstant
variabel und beeinflussbar
Beschreibung
Fertiger
Einbaubreite
Übergabegerät
Befahren der unteren Schicht
Abschließende Verdichtung
Walzeneinsatz
Schutz der Kanten bzw.
Nahtflankenbereiche beim Befahren
Nutzung des Wärmepotentials der
unteren Schicht
Schichtenverbund
Abstand der Fertiger
11
Einbauverfahren für Kompakte Asphaltbefestigungen
Verfahren 3 – heiß auf warm
12
6
Verfahren 2 (Inline Pave)
13
Verfahren 1 (Kompaktmodulbauweise)
14
7
15
16
8
Verfahren 1 (Kompaktmodulbauweise) - Verdichtungstechnik
17
Verfahren 1 (Kompaktmodulbauweise) - Verdichtungstechnik
18
9
Zustand des favorisierten Straßenabschnittes
19
Historie
•
•
B 102, ABS 013 bis ABS 70 zwischen Dahme/Mark und Luckau
ca. 16,2 km Gesamtstreckenlänge:
•
Bauphasen:
•
o 1991/1992: 3-schichtiger Hocheinbau (AB 0/11, ABi 0/16, Asphalttragschicht 0/32) auf
historische Fahrbahnbefestigung mit Asphaltdecke
o 2001: Oberflächenbehandlung ABS 015 bis 040
o 2003: Grundhafte Erneuerung ABS 013 und 015 km 0,000 – 0,200
o 2005: Oberflächenbehandlung ABS 050 – 070
Erprobungsstrecke „Schnelles Bauen“ mit kompakter Asphaltbefestigung
Dahme/
Mark
ABS
070
1,117
ABS 060
4,675
(4,950)
ABS 050
1,740
(5,450)
ABS 030
0,901
Ortsdurchfahrt: Kemlitz (ABS 060 und 050) und Uckro (ABS 070)
ABS 040
0,070
•
ABS
020
1,872
ABS
015
1,807
ABS
013
0,063
Luckau
20
10
Zustandserfassung- und -bewertung
•
Zustandserfassung- und -bewertung (2008):
o Alter: 16/17 Jahre und 3 bis 7 Jahre nach OB
o Fahrtrichtung von Luckau nach Dahme/Mark
o Partielle Überschreitungen:
o Warnwert (Längsebenheit)
o Schwellenwert (Griffigkeit, fiktive Wassertiefe)
o Auffällige Abschnitte:
o ABS 015, 020, 030, 050, 060 und 070
ABS
070
1,117
ABS 060
4,675
(4,950)
ABS 030
0,901
Dahme/
Mark
ABS 040
0,070
Kompaktasphalt
ABS 050
1,740
(5,450)
ABS
020
1,872
ABS
015
1,807
ABS
013
0,063
Bauphase
1991/92
2003
Luckau
21
Zustandserfassung- und -bewertung
•
Zustandserfassung- und -bewertung (2012):
o Alter: 20/21 Jahre und 7 bis 11 Jahre nach OB
o Fahrtrichtung von Luckau nach Dahme/Mark
o Partielle Überschreitungen:
o Warnwert (Längsebenheit, Spurrinnentiefe)
o Schwellenwert (Griffigkeit, fiktive Wassertiefe)
o Auffällige Abschnitte:
o ABS 015, 020, 050, 060 und 070
ABS
070
1,117
ABS 060
4,675
(4,950)
ABS 050
1,740
(5,450)
ABS 030
0,901
Dahme/
Mark
ABS 040
0,070
Kompaktasphalt
ABS
020
1,872
ABS
015
1,807
ABS
013
0,063
Bauphase
1991/92
2003
Luckau
22
11
Ortsbegehung 2014
polierte Oberflächen im Bereich der Fahrzeugspuren
23
Ortsbegehung 2014
polierte Oberflächen im Bereich der Fahrzeugspuren
24
12
Ortsbegehung 2014
polierte und bindemittelreiche Oberflächen
25
Untersuchungen zur Eignung des Streckenabschnittes
26
13
Untersuchungen zur Eignung des
Streckenabschnittes
Bauen im Bestand
Bei der Planung und Vorbereitung einer Baumaßnahme im Bestand
(Bauliche Erhaltung / Erneuerung) sind Kenntnisse über den Zustand,
die Ursachen für Schäden sowie die Bauweisen und Baustoffe
zwingend erforderlich. Hierzu müssen Untersuchungen am Bestand
durchgeführt werden.
aus: ZTV BEA-StB 07/13
In Abhängigkeit vom Erhaltungsziel muss entschieden werden, welche
Schichten in der Konstruktion belassen werden können.
Es empfiehlt sich, bei der Beurteilung schrittweise vorzugehen.
27
Streckenabschnittes
Anforderungen an Untersuchungs- und Erprobungsstrecken
Mit Erprobungsstrecken soll das Gebrauchsverhalten von Baustoffen,
Bauweisen oder Bauverfahren unter üblichen Bau-, Umwelt- und
Verkehrsbedingungen messtechnisch erfasst werden.
Um den Erprobungszweck zu erreichen, darf begründet auch auf die
im Vergaberecht vorgesehenen Ausnahmeregelungen zurückgegriffen
und von einzelnen für Bauausführung und Mängelansprüche
geltenden Vorschriften und Richtlinien abgewichen werden.
Um eine objektive Beurteilung der erprobten Bauweise oder der
hierfür eingesetzten Baustoffe und Baustoffgemische vornehmen zu
können, müssen erhöhte Anforderungen an die Homogenität der
Unterlage gestellt werden.
28
14
Streckenabschnittes
1. Visuelle Erfassung des Zustandes der
Fahrbahnoberfläche
Entscheidung
2. Tragfähigkeitsmessung
3. Griffigkeitsmessung
4. Bohrkernentnahme/Sondierungen
5. Baustoffuntersuchungen
29
Streckenabschnittes
(örtlich-punktuelle oder kleinflächige Maßnahmen)
Instandhaltung (Bauliche Unterhaltung)
(z.B. Vergießen von Rissen, kleinflächige Flickarbeiten)
I 1 – auf der Asphaltdeckschicht
(z.B. Oberflächenbehandlung,
Dünnschichtbelag)
Bauliche
Erhaltung
Instandsetzung
(größerflächige
Maßnahmen)
Erneuerung
I 2 – an der Asphaltdeckschicht
(z.B. Rückformen, Ersatz der
Asphaltdeckschicht)
E 1 – an der Asphaltdeck- und -binderschicht
(z.B. Hoch- oder Tiefeinbau von Asphaltbinderund Asphaltdeckschicht)
E 2 – an Tragschichten / am Oberbau
(z.B. Verstärkung, Tiefeinbau einschließlich
Tragschichten)
Quelle: RPE-Stra 01
30
15
Streckenabschnittes
Bauen im Bestand
Im vorliegenden Fall wurde von der üblichen Systematik abgewichen,
da das Erhaltungsziel im voraus feststand – Erneuerung mit Ersatz
der Asphaltdeck- und Asphaltbinderschicht.
31
Streckenabschnittes
Auftrag:
• Untersuchung der Asphalttragschicht zur Eignung als Unterlage für eine
kompakte Asphaltbefestigung
• Daraus resultierende Fragen:
• Ist das Tragverhalten homogen im Längs- und Querprofil und ausreichend für die
vorliegende Belastungsklasse
• Welchen Aufbau hat die Fahrbahnbefestigung und gibt es Unterschiede im Quer- und
Längsprofil?
• Welche Schichten der Konstruktion können im Straßenkörper verbleiben ohne dass
Nachteile für die neue Fahrbahn entstehen? (Mindestrestnutzungsdauer 20 Jahre)
• Wie sind die Asphaltschichten der vorhandenen Asphaltdeck- und
Asphaltbinderschicht nach bautechnischen Kriterien hinsichtlich der
Wiederverwendung zu klassifizieren – Einstufung nach TL AG-StB?
• Wie sind die Straßenausbaustoffe nach umweltrelevanten Kriterien hinsichtlich der
Wiederverwendung zu klassifizieren – BTR RC-StB?
32
16
Streckenabschnittes
Konzept:
1. Einsenkmessungen mit dem Benkelman-Balken alle 50 m je Richtungsfahrbahn
-> Beurteilung der Homogenität des Tragverhaltens
33
Voruntersuchungen 2014
Tragfähigkeitsmessungen
Einsenkungsmessung mit dem Benkelman-Balken
B 102 ABS 010, km 1,810 - 4,810, RF Luckau
Kilometrierung [km]
2,300
2,800
3,300
3,800
4,300
4,800
9,0
0,200
9,5
0,400
10,0
0,600
10,5
0,800
11,0
Einsenkungswert [mm]
Einsenkungsgrenzwert BKL I [mm]
Einsenkungsgrenzwert BKL II [mm]
Einsenkungsgrenzwert BKL III [mm]
Einsenkungsgrenzwert BKL IV [mm]
Einsenkungsgrenzwert BKL V [mm]
Einsenkungsgrenzwert BKL VI [mm]
Oberflächentemperatur [°C]
Temperatur [°C]
Einsenkung [mm]
1,800
0,000
34
17
Streckenabschnittes
Konzept:
1. Einsenkmessungen mit dem Benkelman-Balken alle 50 m je Richtungsfahrbahn
-> Beurteilung der Homogenität des Tragverhaltens
2. Entnahme von 18 Bohrkernen aus 6 Querprofilen ca. alle 500 m
• Untersuchung der Asphaltdeck- und -binderschicht nach TL AG-StB und
auf potentiell pechhaltige Ausbaustoffe
• Untersuchungen an der Asphalttragschicht:
• Zusammensetzung und Eigenschaften im Vergleich zur heutigen
Standardmischgutsorte für die Belastungsklasse
• Eigenschaften der eingebauten Schicht
• Beurteilung des Alterungsfortschrittes über die Eigenschaften des
zurückgewonnenen Bitumens
35
Probenahme 2014
Entnahmeprofil der Zustandserfassung
36
18
Konstruktionsaufbau
Untersuchungsjahr 2015
0
Tiefe [cm]
10
Oberflächenbehandlung
Asphaltdeckschicht
i.M. 4,5 cm
i.M. 4,6 cm
5
0+032
013
0+698
015
1+300
0+500
020
1+400
2+200
040 030
0+050
0+464
1+966
050
2+504
3+100
3+650
4+200
4+700
050
1+100
2+200
3+000
060
4+300
0+313
0+940
070
1+200
Asphaltbinderschicht
15
Asphalttragschicht
20
Asphaltbefestigung (Alt)
25
Makadamdecke
30
Walzschotterdecke
35
40
ABS
070
1,117
ABS 060
4,675
(4,950)
ABS 050
1,740
(5,450)
ABS 030
0,901
Dahme/
Mark
ABS 040
0,070
45
ABS
020
1,872
ABS
015
1,807
ABS
013
0,063
Bauphase
1991/92
2003
Luckau
37
Konstruktionsaufbau
1,0 cm Oberflächenbehandlung
(2005)
3,5 – 7,5 cm Asphaltbetondeckschicht 0/11
(1991/92)
3,0 – 5,0 cm Asphaltbinderschicht 0/16
(1991/92)
5,5 – 22,0 cm Asphalttragschicht 0/32
(1991/92)
∑ 15 – 30 cm Altbefestigung
(teilweise mit
Makadamdecke)
auf gering bis mittel (F 2) bzw.
sehr (F 3) frostempfindlichem
Untergrund
38
19
Asphalttragschicht
Dynamischen Scherrheometer (DSR)
•
Schnelle Prüfung mit sehr wenig Bitumen (ca. 5 g)
•
Aussage über das visko-elastische Verhalten im Gebrauchstemperaturbereich:
•
Komplexen Schermodul │G*│
Bereich der
Penetration
10.000.000
Bereich
Erweichungspunkt RuK
kompl. Schermodul [Pa]
1.000.000
100.000
10.000
1.000
Höhere Steifigkeit entspricht Standardbereich der Prüfung.
gegenüber einem Referenzbitumen
Untersuchungen bis
einer fortgeschrittenen Alterung
-20°C möglich!
100
10
1
30
40
50
60
Temperatur [°C]
70
Messstelle Nr. 1 und 2
Referenzbitumen 50/70
80
90
39
Asphalttragschicht
Dynamischen Scherrheometer (DSR)
•
Schnelle Prüfung mit sehr wenig Bitumen (ca. 5 g)
•
Aussage über das visko-elastische Verhalten im Gebrauchstemperaturbereich:
•
Phasenwinkel δ
90,0
80,0
Ideal viskos (z. Bsp. Wasser)
Phasenwinkel [°]
70,0
60,0
50,0
Trendlinie von Straßenbaubitumen
immer mit asymptotischer Annäherung
40,0
30,0
20,0
10,0
Ideal elastisch (z. Bsp. Stahl)
0,0
30
40
50
60
Temperatur [°C]
70
Referenzbitumen 50/70
80
90
40
20
Ergebnis der Voruntersuchungen 2014
Zusammenfassung:
1. Homogene Tragfähigkeitseigenschaften, eine Dickenverstärkung ist nicht erforderlich
2. Asphaltdeck- und –binderschicht können wiederverwendet werden
3. Asphalttragschicht entspricht einer heutigen Mischgutsorte AC 22 T S:
1. Bindemittel unterscheidet sich um zwei Viskositätsstufen von einem Neubitumen 50/70
(ehemals B65).
2. Die zu erwartende Änderung der Eigenschaften mit zunehmender Alterung (PAVLaborsimulation) ist als positiv zu beurteilen.
Die vorhandene Unterlage ist für eine Deckenerneuerung in kompakter
Asphaltbauweise geeignet!
41
Herzlichen Dank für ihre Aufmerksamkeit
ASPHALTA
Prüf- und Forschungslaboratorium GmbH
Halenseestraße/Innenraum AVUS Nordkurve
14055 Berlin
+49 (30) 3016036
[email protected]
42
21

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