BEMESSUNG VON STRAßENKONSTRUKTIONEN NACH DEN RSTO 12 - PEBA PRÜFINSTITUT FÜR BAUSTOFFE GMBH
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PEBA Prüfinstitut für Baustoffe GmbH 1
Köpenicker Landstraße 280, 12437 Berlin
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Fax: (030) 63 95 80 - 50
Bemessung von Straßenkonstruktionen
nach den RStO 12
2
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
3
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
4
1. Anforderung an den Straßenkörper
und die Straßenbefestigung
5
1. Anforderung an den Straßenkörper
und die Straßenbefestigung
Asphaltbauweise
Damm
Einschnitt
6
1. Anforderung an den Straßenkörper
und die Straßenbefestigung
Asphalt (Deck- und Binderschicht)
Beton, Pflaster Fahrbahndecke
Straßenbefestigung
• lastverteilende Wirkung
Tragschicht
• Verhinderung des Eindringens
von Oberflächenwasser Untergrund/ Unterbau
• lange Haltbarkeit (anstehender Boden/
(geringer Abrieb, Alterung) Aufschüttung bei Damm)
• guter Fahrkomfort
(Ebenheit, Rollgeräusche)
• Verkehrssicherheit (Griffigkeit)
• geringe Lärmentwicklung
7 2. Bemessung
8
2. Bemessung
wirtschaftlich ausführungstechnisch
Aufgabe der Bemessung
(Baustoffe und Schichtdicken)
Keine unzulässigen
Spannungen
und Verformungen
im Straßenoberbau/ Straßenuntergrund
konstruktiv
strategisch
9
2. Bemessung
Bemessung
Rechnerisch Empirisch
(Theoretische (langjährige
Rechenverfahren) Erfahrungen)
• idealisiert: • aktueller Ergebnisse der
elastisch isotroper Halbraum Baustoffforschung
(Hooksches Gesetz: s = E e) • Einbeziehung vorh.
Baugrundes, Klima etc …
• Überlagerung von Spannungen
und Verformungen • Standardisierung
(Mindestanforderungen)
„Dimensionierungssoftware
(FE-Methoden theoretische Berechnung von
Deflektionsmulden z. B. BISAR)“ RStO 12
10 2. Bemessung 2.1 Standardisierung nach den RStO-12
11
2. Bemessung
bislang Neu:
RStO 01 RStO 12
Bemessungsrelevante Dimensionierungsrelevante
Beanspruchung B Beanspruchung B
Bauklassen Belastungsklassen
SV, I bis VI Bk100 bis Bk0,312 2. Bemessung 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“.
13
2. Bemessung
FORSCHUNGSGESELLSCHAFT FÜR STRASSEN_ UND VERKEHRSWESEN
ARBEITSGRUPPE FAHRZEUG UND FAHRBAHN
RStO 12
Richtlinien
für die
Standardisierung des Oberbaues
von Verkehrsflächen
Belastungsklassen
RStO 01
Bk100Ausgabe
bis2001Bk0,3
Bestimmung der Belastungsklasse
durch Verkehrsbelastung
Belastungsklasse nach
Dimensionierungsrelevanter
Beanspruchung B
(Verkehrszählung/ rechnerisch)14
2. Bemessung
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.
Schadenwirkung nach 4.Potenzgesetz
9,5 t 7,5 t 10,0 t 10,0 t 1t 1t
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.15
2. Bemessung
Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung
Bei einer dimensionierungs-
relevanten Beanspruchung
größer 100 Mio. sollte der
Aufbau mit Hilfe der RDO
dimensioniert werden.
BK III
BK V und VI16
2. Bemessung
Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung
Bestimmung der dimensionierungsrelevanten
Beanspruchung B
Methode 1: aus DTV(SV) –Werten
wenn nur DTV (SV) Angaben vorliegen
1.1 (variablen Faktoren)
1.2 (konstante Faktoren)
Methode 2: anhand von Achslastdaten
setzt die Kenntnis von detaillierten Achslastdaten voraus
2.1 (variablen Faktoren)
2.2 (konstante Faktoren)17
2. Bemessung
Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung
B N DTA( SV ) qBm f1 f 2 f 3 f z 365
Gewichtete äquival.
10t-Achsübergänge Fahrstreifen-
faktor
Anzahl der Jahre des zugrunde
Fahrstreifen-
gelegten Nutzungszeitraumes
breitenfaktor
DTA( SV ) DTV ( SV ) f A Steigungsfaktor
Durchschnittl. Durchschnittl. Durchschnittl.
Anzahl der tgl. Mittlere jährl.
tgl. Verkehrs- Achszahl pro
Achsübergänge Zunahme des SV
stärke des SV Fahrzeug des SV
(Aü) des SV (Achszahlfaktor)
Lastkollektivquotient
Berechnung für Fahrstreifen
mit der höchsten Verkehrsbelastung durch SV-Verkehr unter Berücksichtigung
• geplanter Anzahl der Fahrstreifen im Querschnitt
• Breite des Fahrstreifens
• Längsneigung18
2. Bemessung
Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B
Auswertung von Achslastmessungen
der BASt
fA leicht erhöht19
2. Bemessung
Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B
qBm leicht erhöht21
2. Bemessung
Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung B
Äquvalente 10 t-Achsübergänge in Mio.
Daten einer
Verkehrserhebung Bemessungsrelevante Dimensionierungsrelevante
Beanspruchung B 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
+ 36%
3.619 Kfz/ 24 h 31,5 Mio. 42,8 Mio.
Bk 32 (Bk I) = Σ 30 cm Bk 100 (Bk SV) = Σ 34 cm22
2.1 Standardisierung nach den RStO 12
FORSCHUNGSGESELLSCHAFT FÜR STRASSEN_ UND VERKEHRSWESEN
ARBEITSGRUPPE FAHRZEUG UND FAHRBAHN
RStO 12
Richtlinien
für die
Standardisierung des Oberbaues
von Verkehrsflächen
Belastungsklassen
RStO 01
Bk100 bis Bk0,3
Ausgabe 2001
Bestimmung der Belastungsklasse
durch Verkehrsbelastung
Belastungsklasse nach Belastungsklasse
dimensionierungsrelevanter nach
Beanspruchung B Straßenkategorie
(Verkehrszählung/ rechnerisch) (RASt)23
2.1 Standardisierung nach den RStO 12
Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung
Größere Differenzierung der
Belastungsklasse möglich !24
2.1 Standardisierung nach den RStO 12
Bauklassen und Verkehrsbeanspruchung
Belastungsklassen und Verkehrsbeanspruchung
Wahl der Belastungsklasse
nach der tatsächlich
vorhandenen
Verkehrsbelastung!25 2. Bemessung 2.1 Standardisierung nach den RStO-12 2.2 Baugrund und Untergrundverhältnisse
26
2.2 Baugrund/ Untergrundverhältnisse
• 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
• jeweilige Frostempfindlichkeitsklasse des Untergrundes, in dem das
Bauvorhaben liegt, zu berücksichtigen.
Es werden folgende Frostempfindlichkeitsklassen unterschieden:
F1 - frostsicher, nicht frostempfindlich
F2 - gering bis mittel frostempfindlich
F3 - sehr frostempfindlich27
2.3 Oberbau
Auswirkungen der Frostempfindlichkeit auf d. Dimens. d. Oberbaus
erforderliche Mindestdicke richtet sich nach:
• Frostempfindlichkeitsklasse des Bodens
• maximalen Frosteindringtiefe des betreffenden Gebietes.
als Richtwert
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.28 2.3 Oberbau Beurteilung der Frostempfindlichkeit Auswirkungen auf den Oberbau Örtliche Verhältnisse: Verringerung/ Erhöhung der Dicke der Frostschutzschicht bewirken (Mehr- oder Minderdicken) • Frosteinwirkzone • Lage der Gradiente • Wasserverhältnisse RStO 12: Mehr- oder Minderdicke = A + B + C + D + E
2.3 Oberbau
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
29III30 2.3 Oberbau Örtliche Verhältnisse: Ausführung der Randbereiche
31
2.3 Oberbau
Örtliche Verhältnisse:
Zuschläge aufgrund
Wasserverhältnisse
regionaler Erfahrungen
Ungünstige
Wasserverhältnisse:
• Grundwasser < 1,50m unter
Planum
• kalten Zonen mit
maximalen Frosteindring-
tiefen > 1,0 m und mit im
Regelfall häufigen Frost-
Tauwechseln32 2.3 Oberbau Örtliche Verhältnisse: Lage der Gradiente
33 2.3 Oberbau
34
2.3 Oberbau
Mehr- oder Minderdicken infolge örtlicher Verhältnisse gem. RStO 12
RStO 12: Mehr- oder Minderdicke = A + B + C + D + E
Neue Frostzonenkarte
Kleinräumige Klimaunterschiede
zusätzlich mit aufgenommen
Neuregelung:
Bis 1,5 m Grund- oder Schichtenwasser
Neuregelung:
Kein Zuschlag im Bereich + 0,0 bis 2,0 m
Außerhalb geschl. Ortslage: konkretisiert
Innerhalb geschl. Ortslage: zusammengefasst
Abzug reduziert35
2.3 Oberbau
Erforderliche Schichtdicke von Tragschichten ohne Bindemittel
Wahl des Schichtenaufbaus in
Abhängigkeit
• der Belastungsklasse
• der im Oberbau zu verwendenden
Materialien und
• des Untergrundes36
2.3 Oberbau
Erforderliche Schichtdicke von Tragschichten ohne Bindemittel
1 MN/m² = 1 MPa37 3. Erneuerung von Fahrbahnen
38
3. Erneuerung von Fahrbahnen
Festlegung einer Erneuerungsbaubauweise
Art und Zustand, Oberflächenzustand und
Alter und Eignung bisherige Verkehrsbelastung
für vorgesehene Funktion
(einschl. Untergrund/ Unterbau)
Restsubstanz
Zustand/ Leistungsfähigkeit der
Tragfähigkeit
Entwässerungseinrichtungen39 3. Erneuerung von Fahrbahnen Bewertung der strukturellen Substanz der vorhandenen Befestigung
40
3. Erneuerung von Fahrbahnen
Zustandsmerkmale einzeln oder in Kombination
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.
• Ermittlung der Ursachen für Oberflächenzustand
• Eignung der vorhandenen Befestigung
(einzelner Schichten des Untergrundes/Unterbaues)
Insbesondere sind festzustellen:
• 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 Schadensbildes41
3. Erneuerung von Fahrbahnen
Bestimmung der Tragfähigkeit ergänzend zur Zustandsbewertung
Erfahrungshintergrund:
Messungen der Tragfähigkeit unmittelbar zur Ermittlung der erforderl.
Schichtdicke für die Erneuerung herangezogen werden.
Benkelman- Messungen zur Ermittlung der
Durchbiegung (Tragfähigkeit)
• 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-EST42
3. Erneuerung von Fahrbahnen
Festlegung der Erneuerungsmaßnahme
Abschätzung der Restsubstanz
Tragfähigkeitsuntersuchungen
(Bewertung visuell nicht erkennbarer
Schwachstellen)
Erneuerung der Fahrbahn Befestigungsdicke muss an die
erforderlich gestiegene Verkehrsbeanspruchung
angepasst werden
Wahl der Erneuerungsart
1. Vollständiger Ersatz der vorhandenen Befestigung
2. Teilweiser Ersatz der vorhandenen Befestigung
3. Erneuerung auf der vorhandenen Befestigung43 3. Erneuerung von Fahrbahnen 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)
44
3. Erneuerung von Fahrbahnen
Asphaltbauweise Betonbauweise Pflasterbauweise
Die Entscheidung für eine der 3 Bauweisen wird entsprechend den örtlichen
und wirtschaftlichen Gegebenheiten getroffen.45
4. Fazit
Konstruktive Veränderungen, bewährte Grundprinzipien wurden beibehalten
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 Bereich46
4. Fazit
Konstruktive Veränderungen, bewährte Grundprinzipien wurden beibehalten
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
ausgeschlossen47 Prof. Dr.-Ing. D. Großhans, Dipl.-Ing. Sandra Kaden …Grenzen für die standardisierte Bemessung
48
Prof. Dr.-Ing. D. Großhans, Dipl.-Ing. Sandra Kaden
PEBA Prüfinstitut für Baustoffe GmbH
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