Angewandter Straßenbau: Straßenfertiger im Einsatz [3. Aufl.] 9783658294694, 9783658294700

Table of contents :
Front Matter ....Pages I-XXVII
Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus (Marc Kappel)....Pages 1-24
Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus (Marc Kappel)....Pages 25-57
Einsatzplanung für die Baustelle (Marc Kappel)....Pages 59-73
Erstellung einer Landstraße (Tragschicht) (Marc Kappel)....Pages 75-98
Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht) (Marc Kappel)....Pages 99-122
Autobahnbaustelle (Binderschicht) (Marc Kappel)....Pages 123-140
In der Stadt (Deckschicht) (Marc Kappel)....Pages 141-152
Der Feldweg (Tragdeckschicht) (Marc Kappel)....Pages 153-162
Autobahnbaustelle (Offenporiger Asphalt) (Marc Kappel)....Pages 163-175
Herbstbaustelle (Decke) (Marc Kappel)....Pages 177-189
Nachtbaustelle (Marc Kappel)....Pages 191-196
Kompakteinbau (Marc Kappel)....Pages 197-202
Betriebsfläche in PCC (Marc Kappel)....Pages 203-207
Waldwege (Marc Kappel)....Pages 209-218
Sonderanwendungen (Marc Kappel)....Pages 219-226
Sonderdecken (Marc Kappel)....Pages 227-235
Forschung und Entwicklung (Marc Kappel)....Pages 237-252
Digitalisierung im Straßenbau (Marc Kappel)....Pages 253-265
Umwelt und Gesundheit (Marc Kappel)....Pages 267-270
Qualitätsprüfung (Marc Kappel)....Pages 271-277
Anforderung und Einbaufehler (Marc Kappel)....Pages 279-288
Regelwerke und Normen (Marc Kappel)....Pages 289-298
Back Matter ....Pages 299-334

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Marc Kappel

Angewandter Straßenbau Straßenfertiger im Einsatz 3. Auflage

Angewandter Straßenbau

Marc Kappel

Angewandter Straßenbau Straßenfertiger im Einsatz 3., aktuell Auflage

Marc Kappel Hameln, Deutschland

ISBN 978-3-658-29469-4 ISBN 978-3-658-29470-0  (eBook) https://doi.org/10.1007/978-3-658-29470-0 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. © Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2012, 2016, 2020 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von allgemein beschreibenden Bezeichnungen, Marken, Unternehmensnamen etc. in diesem Werk bedeutet nicht, dass diese frei durch jedermann benutzt werden dürfen. Die Berechtigung zur Benutzung unterliegt, auch ohne gesonderten Hinweis hierzu, den Regeln des Markenrechts. Die Rechte des jeweiligen Zeicheninhabers sind zu beachten. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag, noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Lektorat: Frieder Kumm Springer Vieweg ist ein Imprint der eingetragenen Gesellschaft Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH und ist ein Teil von Springer Nature. Die Anschrift der Gesellschaft ist: Abraham-Lincoln-Str. 46, 65189 Wiesbaden, Germany

Vorwort zur 3. Auflage

In der nun dritten Auflage wurden alle Inhalte aktualisiert um den neusten Entwicklungen im Straßenbau gerecht zu werden. Besonders die zunehmende Automatisierung und Vernetzung der Maschinen ist ein besonders aktuelles und umfangreiches Thema. Die Themen Industrie 4.0 und BIM werden unter anderem in einem zusätzlichen Kapitel über die Möglichkeiten und Chancen der Digitalisierung umfassendes behandelt. Es wird der Stand der Technik zur Digitalisierung im Straßenbau behandelt und die notwendige Technologie für den Schritt hin zum Straßenbau 4.0 aufgegriffen. Kleinere technische Neuerungen sind in die bestehenden Kapitel eingeflossen. Das Bildmaterial wurde für ein besseres Verständnis an vielen Stellen aktualisiert und ergänzt. Ebenfalls wird auf die aktuelle Verschärfung der Arbeitsplatzgrenzwerte für Emissionen aus Bitumen und Asphalt eingegangen und dessen Auswirkungen auf die deutsche Bauindustrie. Ich möchte mich auch in dieser Auflage wieder für die Unterstützung bedanken. Mein besonderer Dank geht an meine Frau. Auch möchte ich mich bei meinen Kollegen im In- und Ausland für die rege Unterstützung bei der Suche nach geeignetem Bildmaterial bedanken. Des Weiteren möchte ich mich bei Toralf Lindner, Lars Tausend, Frank Dörrie und Philipp Bramer für die guten Anregungen und zahlreichen Korrekturen bedanken. Ein Dank geht auch an die folgenden Unternehmen, die mir neues Bildmaterial zur Verfügung gestellt haben: Volvo Construction Equipment, MOBA Mobile Automation AG und Autodesk. Hameln Winter 2020

Marc Kappel (geb. Niggemann)

V

Vorwort zur 2. Auflage

Seit Erscheinen der ersten Auflage haben sich zahlreiche Neuerungen im Straßenbau ergeben, die eine allgemeine Aktualisierung notwendig machen. Für die Straßenbaumaschinen sind in den vergangenen Jahren einige interessante neue Optionen entwickelt worden, die in dieser Neuauflage eingearbeitet wurden. Die Geschichte des Straßenbaus wurde um die Entwicklung der Verdichtung erweitert, um auch hier ein umfassendes Bild geben zu können. Auch wenn der Schwerpunkt weiterhin auf der Technik des Straßenbaus liegt, sind die Grundlagen zum Straßenaufbau zusätzlich aufgenommen worden. Sowohl auf die einzelnen Schichten im Straßenoberbau als auch auf die verschiedenen Asphaltsorten wird im Speziellen eingegangen. Der Forschung und Entwicklung wurde ein eigenes Kapitel gewidmet, um Ein- und Ausblicke auf aktuelle und zukünftige Entwicklungen geben zu können. Das Thema der thermischen Entmischung wurde neu aufgenommen. Der Waldwegebau mit einem Grader wird in einer weiteren Baustellenbeschreibung erklärt. Auch für diese Auflage möchte ich mich wieder bei allen bedanken, die mich bei der Überarbeitung unterstützt haben. Mein Dank geht besonders an meine Frau Cornelia, die mich stets tatkräftig unterstützt. Auch möchte ich mich bei meinem Kollegen Florian Geske bedanken, der die neuen Kapitel mit seinen Cartoons illustriert hat. John Gravatt möchte ich für die Unterstützung bei der geschichtlichen Recherche danken. Ein Dank geht auch an die folgenden Unternehmen, die neues Bildmaterial zur Verfügung gestellt haben: Volvo Construction Equipment und MOBA Mobile Automation AG. Hameln Herbst 2015

Marc Kappel

VII

Vorwort

Die im Straßenbau eingesetzten Maschinen sind hoch komplexe technische Geräte, die zu erstaunlichen Leistungen fähig sind. Trotz steigender Automatisierung ist der Straßenbau ein sehr aufwendiges und arbeitsintensives Unterfangen. Je besser die technischen Prozesse aller Beteiligten verstanden werden, umso effektiver kann ein Straßenbauprojekt durchgeführt werden, bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität. In diesem Buch wird die Thematik des praktischen Straßenbaus behandelt. Dabei wird die Lücke zwischen den Büchern, welche sich mit der konstruktiven Seite von Straßenbauwerken beschäftigen, und den Leitfäden zum richtigen Straßenbau geschlossen. Es wird anhand von beispielhaften Baustellen erklärt, wie Straßen praktisch erstellt werden. Der Schwerpunkt dieses Buches wurde dabei auf den Umgang mit Straßenfertigern gelegt. Dieses Buch richtet sich an diejenigen, die mit der Planung von Bauprojekten, der Durchführung der Bauarbeiten sowie der Wartung und Reparatur der Maschinen zu tun haben. Dem interessierten Leser wird ein spannender Einblick in die praktische Umsetzung des Straßenbaus gewährt. Für Planer und Anwender ist es wichtig, die tatsächlichen Fähigkeiten der eingesetzten Maschinen zu kennen, um diese wirtschaftlich einsetzen zu können. Ein historischer Rückblick auf den Straßenbau des letzten und vorherigen Jahrhunderts schult das Verständnis für Bauwerke, welche wir nach wie vor benutzen. Die erwünschte lange Haltbarkeit einer Straße setzt voraus, dass diese richtig und fachgerecht erstellt wurde. Dass dies nicht immer der Fall ist, lässt sich an vielen Beispielen auf den Straßen zeigen. Dieses Buch soll dazu beitragen, dass durch gute Kenntnis der technischen Möglichkeiten stets das bestmögliche Einbauergebnis erreicht wird. Dabei wird auch auf ungewöhnliche Situationen, wie beispielsweise ein Ausfallen des Straßenfertigers oder überraschende Wetterkapriolen während des Einbaus, eingegangen. Eine Bitte des Autors Für Hinweise und Anregungen bin ich stets dankbar. Sie sind eine unverzichtbare Voraussetzung und Hilfe für die Verbesserung dieses Buches.

IX

X

Vorwort

Ein Wort des Dankes… … an alle, die mich bei diesem Buchprojekt unterstützt haben. Mein besonderer Dank geht zunächst an Andreas W. Fröhlich, dessen Meinung mir stets sehr wichtig ist. Als Nächstes möchte ich mich bei André Tosch bedanken, der bereitwillig seine jahrzehntelange Erfahrung im Straßenbau mit mir teilte und dadurch erst dieses Buchprojekt ermöglichte. Frank Dörrie, Hartwig Lex und Kilian Nötzold möchte ich für die sehr mühsame Korrekturarbeit danken und für die vielen hilfreichen Gedanken, die sie mit mir teilten. Ein besonderer Dank geht an Cornelia Kappel für ihre endlose Geduld mit mir, während ich an diesem Projekt gearbeitet habe. Außerdem danke ich meinem Arbeitgeber, der ABG Allgemeine Baumaschinen-Gesellschaft mbH (Volvo CE), dafür, dass er mich bei diesem herstellerneutralen Buch unterstützt hat. Ich möchte mich auch bei meinem Kollegen Florian Geske bedanken, der mit seinen witzigen Cartoons das Buch ungemein bereichert hat. Ein Dank geht an die folgenden Unternehmen, die mich mit Bildmaterial unterstützt haben: Volvo Construction Equipment, Nölle IUT GmbH, Nadler Straßentechnik GmbH, PEBA GmbH, TU Darmstadt – Fachgebiet Straßenwesen, Dornburger Zement GmbH & Co. KG, KUTTER Spezialstraßenbau GmbH & Co. KG und Powermoon Germany. Hameln April 2012

Marc Niggemann

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Entwicklung der Verdichtung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2 Meilensteine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3 Internationaler Straßenbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3.1 Nordamerika. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.3.2 Entwicklungs- und Schwellenländern am Beispiel von Indien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.3.3 Straßennetze Deutschland und weltweit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1 Schichtaufbau einer Straße. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2 Einbau in zwei Phasen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.3 Belastungsklasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4 Der Straßenfertiger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5 Auswahl der Bohle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.5.1 Technisches Prinzip der schwimmenden Bohle. . . . . . . . . . . . . . 33 2.5.2 Vario-Bohlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.5.3 Starre Bohle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.5.4 Heizungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.5.5 Elektroheizung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.5.6 Verdichtungseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.6 Oberbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.6.1 Frostschutzschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.6.2 Kies- und Schottertragschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.6.3 Hydraulisch gebundene Tragschichten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.6.4 Asphalttragschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.6.5 Asphaltfundationsschicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.6.6 Asphaltbinderschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.6.7 Asphaltdecke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.6.8 Asphaltbeton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 XI

XII

Inhaltsverzeichnis

2.7 2.8

2.6.9 Splittmastixasphalt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.6.10 Gussasphalt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Verdichtung im Straßenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.7.1 Verdichtung von Böden und ungebundenen Schichten . . . . . . . . 51 Verdichtung von Asphalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.8.1 Eigenschaften von Walzasphalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.8.2 Stand der Forschung zu Asphalt und Bitumen. . . . . . . . . . . . . . . 54 2.8.3 Einbauverhalten von Asphalt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3 Einsatzplanung für die Baustelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.1 Baustellenkipper und Einbaugeschwindigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.1.1 Wie hoch ist die Einbaumenge pro Stunde?. . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.1.2 Wie viele Kipper werden benötigt?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.2 Straßenverkehrszulassung für Baumaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.2.1 Fahren im öffentlichen Straßenverkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.2.2 Gewichtsbeschränkung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.2.3 Fahrgeschwindigkeit und Bremsweg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.2.4 Bremsung nach DIN EN 500. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.2.5 Bremsung nach SAE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.1 Leistungsbeschreibung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.2 Absteckung und Einmessung der Straße. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.3 Nivellierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.3.1 Selbstnivellierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.4 Unmittelbare Baustellenvorbereitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.4.1 Vorheizen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.4.2 Aufheizen von Gasbohlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.5 Anfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.6 Entmischung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.7 Mischgutübergabe und Qualitätskontrolle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.8 Einbaugeschwindigkeit und Maschinenleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.8.1 Wie hoch ist die Einbauleistung pro Stunde?. . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.9 Einstellung des Stampfers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 4.10 Einstellung der Vibration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.11 Aktive Nivellierung am Draht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.12 Aufgabe der Mannschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.13 Tagesabschluss. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 4.14 Wartung der Maschinen am Ende des Tages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.14.1 Reinigen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Inhaltsverzeichnis

XIII

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 5.1 Planung der Baustelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.1.1 Einbaurichtung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.1.2 Erstellung einer Baustellenskizze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.2 Übernahme der Baustelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.2.1 Schichtenverbund. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.2.2 Erstellen und Behandlung der Längsnaht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 5.3 Nivellieren zu einer Referenzfläche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.3.1 Neigungssensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5.4 Höhenanpassung der Ausfahrteile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 5.5 Kontrolle der Verdichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 5.5.1 Raumdichten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 5.5.2 Messung mit der Strahlensonde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 5.5.3 Kapazitives Dichtemessverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 5.5.4 Grenzwerte und Anforderungen an Verdichtung und Ebenheit. . . 121 5.6 Der Regen kommt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 6 Autobahnbaustelle (Binderschicht). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 6.1 Verlängern der Bohle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 6.1.1 Synchronisation der Verdichtungsaggregate . . . . . . . . . . . . . . . . 125 6.1.2 Schnecken und Schneckenkanalverlängerung. . . . . . . . . . . . . . . 125 6.1.3 Trimmen der Bohle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6.2 Nivellieren mit einem Schleppbalken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6.2.1 Roadscanner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 6.2.2 Big-Ski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 6.3 Materialversorgung mit einem Beschicker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 6.4 Abböschungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 6.5 Ausfall der elektronischen Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 7 In der Stadt (Deckschicht). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 7.1 Nähte und Anschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 7.1.1 Anschlüsse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 7.1.2 Schmelzbänder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 7.2 Handeinbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.2.1 Einbau eines Schachtdeckels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 7.2.2 Kontrolle vom Förderband. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 8 Der Feldweg (Tragdeckschicht). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 8.1 Dachprofil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 8.2 Hydraulische Bohlenbe- und -entlastung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 8.3 Einsatz der Seitenbegrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 8.4 Hydraulische Seitenbegrenzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 8.5 Power Tunnel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 8.6 Anschluss an bestehende Fahrbahn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

XIV

Inhaltsverzeichnis

9 Autobahnbaustelle (Offenporiger Asphalt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 9.1 Offenporige Asphaltdeckschichten (OPA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 9.1.1 Wirtschaftlichkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 9.1.2 Abdichtung und Schichtenverbund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 9.1.3 Anforderungen an die Verdichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 9.1.4 Heiß-an-Heiß-Einbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 9.2 Setzmaß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 9.3 Griffigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 9.3.1 Abstreusplitt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 9.4 Geklebte Fahrbahnmarkierungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 10 Herbstbaustelle (Decke) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 10.1 Niedrigtemperaturasphalte (NTA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 10.2 Schnecke und Vorverdichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 10.2.1 Materialvorlage und Vorverdichtung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 10.3 Baustelle im Spätherbst (Heiß-auf-Warm). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 10.4 Thermische Entmischung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 10.5 Thermografiesystem zur Qualitätskontrolle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 11 Nachtbaustelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 11.1 Straßenschilder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 11.2 Warnkleidung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 11.3 Beleuchtung der Baustelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 11.3.1 Balloon Lights. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 12 Kompakteinbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 12.1 Bau kompakter Asphaltbefestigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 13 Betriebsfläche in PCC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 13.1 Baustelle im PCC-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 13.1.1 Bohleneinstellung und Vorbereitungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 13.1.2 Nivellierung mit dem Rotationslaser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 13.1.3 Nachbehandlung und Abschluss. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 14 Waldwege. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 14.1 Bau und Verdichtung eines Waldweges (Recyclingmaterial). . . . . . . . . . 210 14.2 Abtragen des Oberbodens und Aufbringen der Tragschicht. . . . . . . . . . . 212 14.2.1 Motorgrader. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 14.3 Umweltschutz in ökologisch wichtigen Gebieten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 14.4 Erstellung einer Furt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 14.5 Kontrollmessung mit dem Lastplattendruckversuch . . . . . . . . . . . . . . . . 216 14.5.1 Dynamischer Plattendruckversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 14.5.2 Statischer Plattendruckversuch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Inhaltsverzeichnis

XV

15 Sonderanwendungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 15.1 Damm- und Deichbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 15.1.1 Dosierschieber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 15.2 Spurwege . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 15.3 Gleisschottereinbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 15.4 Teststrecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 15.5 Sportplätze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 15.6 Tunnel und Mienen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 16 Sonderdecken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 16.1 Halbstarre Deckschichten (HD). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 16.2 Wasserdurchlässiger Asphalt (WDA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 16.3 Walzbeton (RCC). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 16.4 Dünne Asphaltdeckschichten in Heißbauweise (DSH) . . . . . . . . . . . . . . 230 16.5 Rückformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 16.6 Farbasphalt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 16.6.1 Farbliche Anpassung bei Aufgrabungen und Instandsetzung. . . 234 16.7 Dünne Asphaltdeckschichten in Kaltbauweise (DSK). . . . . . . . . . . . . . . 234 17 Forschung und Entwicklung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 17.1 Arbeitsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 17.1.1 Grenzwerte für Dämpfe und Aerosole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 17.1.2 Rundumsicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 17.2 Einbauqualität und Prozesssicherheit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 17.3 Maschinentechnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 17.4 Maschinensteuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 17.5 Assistenzsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 17.6 Maschinenkommunikation und Vernetzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 17.7 Bohlenheizung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 17.8 Elektro- und Hybridantriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 17.9 Automatische Lenk- und Nivellierautomatik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 17.9.1 Lenken am Draht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 17.9.2 3D-Nivellierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 17.10 Automatische Personenerkennung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 17.11 Langfristige Entwicklung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 18 Digitalisierung im Straßenbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 18.1 Maschinen zu Maschinen Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 18.2 Datenerfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 18.2.1 Gemeinsamer Datenaustausch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

XVI

Inhaltsverzeichnis

18.3 Flottenmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 18.4 Industrie 4.0 im Straßenbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 18.4.1 Baustellen Management Systeme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 18.4.2 Qualitätssicherung mit Baustellen Management Systemen. . . . 258 18.5 BIM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 18.5.1 Level of Development (LOD). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 18.5.2 BIM im Straßenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 18.5.3 Aussichten von BIM im Straßenbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 19 Umwelt und Gesundheit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 19.1 Gesundheitsrisiken im Straßenbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 19.1.1 AdBlue. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 19.1.2 Asphalt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 19.1.3 Dieselkraftstoff. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 19.1.4 Hydraulikflüssigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 19.1.5 Kühlflüssigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 19.1.6 Schmierfett. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 19.1.7 Trennmittel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 20 Qualitätsprüfung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 20.1 Übersicht Qualitätsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 20.2 Bohrkernuntersuchung und Probenahmen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 20.2.1 Bestimmung der Raumdichte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 20.2.2 Bestimmung der Rohdichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 20.2.3 Extraktion des Bindemittels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 20.2.4 Nadelpenetration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 20.2.5 Ermittlung der Korngrößenverteilung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 20.2.6 Erweichungspunkt Ring und Kugel (EP RuK). . . . . . . . . . . . . . 277 21 Anforderung und Einbaufehler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 21.1 Einbaufehler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 21.1.1 Unebenheit/Anfahrbuckel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 21.1.2 Lange Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 21.1.3 Kurze Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 21.1.4 Oberflächenstrukturfehler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 21.1.5 Entmischungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 21.1.6 Abdrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 21.2 Verjährungsfristen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 21.2.1 Ebenheit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 21.2.2 Griffigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Inhaltsverzeichnis

XVII

22 Regelwerke und Normen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 22.1 Allgemeine Technische Vertragsbedingungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 22.2 Arbeitsanleitungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 22.3 DIN, EN und ISO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 22.4 Empfehlungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 22.5 Gesetze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 22.6 Grundsätze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 22.7 Handbücher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 22.8 Hinweise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 22.9 Leitfäden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 22.10 Merkblätter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 22.11 Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 22.12 Technische Lieferbedingungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 22.13 Technische Prüfvorschriften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 22.14 Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV). . . . . . . . . . . . . . . 297 Glossar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 Anhang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Stichwortverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

Abbildungsverzeichnis

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Abb. 1.2 Abb. 1.3 Abb. 1.4 Abb. 1.5 Abb. 1.6

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Straßenfertiger aus den 1950er-Jahren noch ohne eine schwimmenden Bohle: Volvo Road Machinery Inc.; Shippensburg, PA, USA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Ballaison Straßenwalze, Bulletin de la Société d’Encouragement: Über Bouillant’s Straßenwalze, Bd. 113, Tafel I, Stuttgart, 1849 . . . . 5 Ballaison Dampfwalze für chaussierte Straßen, J. A. Maffei’s Dampfstraßenwalze, Bd. 248, Tafel IV, Stuttgart, 1883. . . . . . . . . . . . 5 Maffei’s Dampfstraßenwalze, Bulletin de la Société d’Encouragement, Bd. 179, Tafel VII, Stuttgart, 1866. . . . . . . . . . . . . 6 Der Bau einer großen Straße: Vernet, Claude-Joseph; La construction d’un „grand chemin“, 1774, Musée du Louvre . . . . . 7 Bau einer Makadamstraße: Rakeman, Carl: Construction of a macadam road at the time of John Loudon McAdam, 1823, Federal government of the United States. . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Straßenaufbau aus US-Patent von 1877: Lee, Archibald K.: IMPROVEMENT IN CONCRETE PAVEMENTS, 1877, Patent number: 188645, United States Patent and Trademark Office. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Asphaltmischer aus US-Patent von 1893: Winding, George: ­ASPHALT-MIXING MACHINE, 1893, Patent number: 490218; United States Patent and Trademark Office. . . . . . . . . . . . . . 10 Urstampfer aus US-Patent von 1900: Hetherington, Fredrick A.: ­PAVING-TOOL, 1900, Patent number: 659867; United States Patent and Trademark Office. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Walze aus US-Patent von 1925 der Barber Asphalt Company: Browne, Frank A.: HROAD ENGINE, 1925, Patent number: 1531250, United States Patent and Trademark Office. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

XIX

XX

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Abb. 1.12 Abb. 1.13

Abb. 1.14 Abb. 1.15

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Abb. 1.17 Abb. 1.18 Abb. 1.19 Abb. 1.20 Abb. 1.21 Abb. 1.22 Abb. 1.23 Abb. 2.1 Abb. 2.2 Abb. 2.3 Abb. 2.4 Abb. 2.5 Abb. 2.6 Abb. 2.7 Abb. 2.8 Abb. 2.9 Abb. 2.10

Abbildungsverzeichnis

Einbaumaschine von Blaw-Knox aus US-Patent von 1932: Venable, William M.: METHOD OF AND MACHINERY FOR FORMING PAVEMENTS, 1932, Patent number: 1887341, United States Patent and Trademark Office. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Schienengebundener Einbau in den 1930er-Jahre der USA: Volvo Road Machinery Inc.; Shippensburg, PA, USA. . . . . . . . . . . . . 13 Früher Straßenfertiger in den USA mit einer Windrow-Pick-Up-Maschine als Beschicker: Volvo Road Machinery Inc.; Shippensburg, PA, USA. . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 ABG Titan 300 von 1967: ABG Allgemeine Baumaschinen Gesellschaft mbH, Hameln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Erste rein hydraulisch geregelte Nivellierautomatik zur Höhenabnahme von Referenzflächen (l.). Die hydraulische Regelung wird in der Weiterentwicklung durch eine erste elektronische Regelung ersetzt (r.): Volvo Road Machinery Inc.; Shippensburg, PA, USA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Erster Radfertiger von Blaw-Know auf Basis des von APSCO 1953 entwickeltem BF-90: Volvo Road Machinery Inc.; Shippensburg, PA, USA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Straßenbau in den USA mit einer Virbrationsbohle. . . . . . . . . . . . . . . 18 Eingebaute Straße in den USA mit hohem Setzmaß und geringer Vorverdichtung: Eigenaufnahme, 2010. . . . . . . . . . . . . . 19 Windrow Machines vor Fertiger: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Straßenbau in Indien: Eigenaufnahme, 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Improvisiertes Aufheizen: Eigenaufnahme, 2011 . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Manuelle Schotterherstellung in Madagaskar (l.) und Indien (r.): Eigenaufnahmen, 2011/2012. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Straßennetz weltweit als Entwicklungsindikator: Weltbank, Washington D.C., USA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Bohrkernentnahme für die Qualitätskontrolle (UK): Eigenaufnahme, 2019. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Funktionsschema Straßenfertiger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Schema Schwimmende Bohle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Schema einer Vario-Bohle: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . 35 Schema einer europäischen Bohle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Schema einer nordamerikanischen Bohle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Starre Bohle mit Vario-Endteilen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Aufheizen mit Strahlbrenner: Eigenaufnahme, 2010. . . . . . . . . . . . . . 39 Bohle mit Doppelstampfer (Volvo) l., Bohle mit Stampfer und Nachverdichter (Dynapac) r.: Eigenaufnahmen, 2015/2013 . . . . . . . . 42 Schema Doppelstampfer und Pressleisten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

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Abb. 2.11 Abb. 2.12 Abb. 2.13

Abb. 2.14

Abb. 2.15 Abb. 2.16 Abb. 2.17 Abb. 3.1 Abb. 3.2 Abb. 3.3 Abb. 3.4 Abb. 3.5

Abb. 4.1 Abb. 4.2 Abb. 4.3 Abb. 4.4 Abb. 4.5 Abb. 4.6 Abb. 4.7 Abb. 4.8 Abb. 4.9

XXI

Schema Doppelstampfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Schematische Darstellung der einzelnen Schichten des Straßenaufbaus mit Asphaltdeckschicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Struktur von Asphaltbeton mit gleichmäßig abgestufter Kornzusammensetzung, gleiche Korngrößen sind durch kleinere voneinander getrennt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Struktur von Splittmastixasphalt. Grobe Splittkörnungen bilden ein in sich abgestütztes Korngerüst, die Hohlräume sind bis auf ein geringes Porenvolumen mit bindemittelreichem Mastix angefüllt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Struktur von Gussasphalt, Splitt und grobe Sandkörner schwimmen in einem hohlraumfreien Feinmastix. . . . . . . . . . . . . . . . 50 Ermittlung des optimalen Wassergehalts durch Auftragen der Proctordichte über den Feuchtegehalt des Bodens. . . . . . . . . . . . . 52 Seit 1902 andauerndes Pechtropfenexperiment im Royal Scottish Museum: Eigenaufnahmen, 2019. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Benötigte Lkw (20 t) in Abhängigkeit von Einbauleistung und Fahrzeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Einbauleistung über Geschwindigkeit und Bohlenbreite; Schicht 4 cm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Einbauleistung über Geschwindigkeit und Bohlenbreite; Schicht 8 cm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Einbauleistung über Geschwindigkeit und Bohlenbreite; Schicht 16 cm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Messung der Verzögerung, rote Kurven zeigen einen ungünstigen Verzögerungsverlauf, schwarze Kurve stellt einen typischen Verlauf dar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Auszug aus der Leistungsbeschreibung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Einbausituation entlang der Landstraße: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Gespannter Leitdraht: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . 77 Der erste Meter mit Start vom Holzbalken: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Messung der Asphaltstärke in Straßenmitte: Eigenaufnahme, 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Eigenkonstruktion zur Schichtmessung: Eigenaufnahme, 2010. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Entmischung an einem Schütthaufen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Entmischung auf der Lkw-Ladefläche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Entmischung, offene Stellen nach dem Walzen: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

XXII

Abb. 4.10 Abb. 4.11 Abb. 4.12 Abb. 4.13 Abb. 4.14 Abb. 4.15 Abb. 4.16 Abb. 4.17 Abb. 4.18 Abb. 5.1 Abb. 5.2 Abb. 5.3 Abb. 5.4 Abb. 5.5 Abb. 5.6 Abb. 5.7 Abb. 5.8 Abb. 5.9 Abb. 5.10 Abb. 5.11 Abb. 5.12 Abb. 5.13 Abb. 5.14 Abb. 5.15 Abb. 5.16 Abb. 5.17 Abb. 5.18 Abb. 5.19 Abb. 5.20 Abb. 5.21 Abb. 6.1

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Fertiger mit Signallichter für die Lkw Einweisung. . . . . . . . . . . . . . . 85 Handzeichen zum Einweisen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Kornzertrümmerung in der Aspahltdecke: Eigenaufnahme, 2011. . . . 88 Nivellierung mit Sonic Ski auf Schnur: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Nivellierung mit einer mechanischen Abtastung (Drehgeber): Eigenaufnahme, 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Zeigerstange am Fertiger: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . 93 Einkerbung durch fehlendes Material: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Seitenbegrenzung der Bohle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Schema Progressivverteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Auszug aus der Leistungsbeschreibung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Beispiel für eine Baustellenskizze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Kehrmaschine im Baustelleneinsatz: Eigenaufnahme, USA, 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Maschinelles Anspritzen der Fläche mit Haftkleber: Nadler Straßentechnik GmbH, Schweitenkirchen. . . . . . . . . . . . . . . . 105 Fertiger mit Sprühanlage für Bitumenemulsion: Joseph Vögele AG, Ludwigshafen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Straßenquerschnitt mit Schichtversatz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Kontakfläche mit einem Winkel anlegen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Aufbringen von Nahtkleber: Nadler Straßentechnik GmbH, Schweitenkirchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Manuelles Aufbringen von Nahtkleber: Eigenaufnahme, 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Unzureichend aufgebrachter Haftkleber: Eigenaufnahme, USA, 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Kalt aufgebrachter Nahtkleber: Nadler Straßentechnik GmbH, Schweitenkirchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Nivellierregler mit magnetischer Befestigung: Eigenaufnahme, 2019. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Nivellieren mit einem Ultraschallsensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Einfacher Ultraschallsensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Nivellieren mit einem Ski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Neigungssensor: Eigenaufnahme, 2019. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Höhenunterschied durch Anstellwinkel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Troxler Strahlensonde: Eigenaufnahme, 2009. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Kapazitives Dichtemessgerät: Eigenaufnahme, 2010 . . . . . . . . . . . . . 120 Schema Topfkondensator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Einbau im leichtem Regen: Volvo AB, Göteborg, Schweden . . . . . . . 122 Autobahnbaustelle mit konventionelle Bohle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

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Abb. 6.2 Abb. 6.3 Abb. 6.4 Abb. 6.5 Abb. 6.6 Abb. 6.7 Abb. 6.8 Abb. 6.9 Abb. 6.10 Abb. 6.11 Abb. 6.12 Abb. 6.13 Abb. 6.14 Abb. 6.15 Abb. 7.1 Abb. 7.2 Abb. 7.3 Abb. 7.4 Abb. 7.5 Abb. 7.6 Abb. 7.7 Abb. 7.8 Abb. 7.9 Abb. 7.10 Abb. 8.1 Abb. 8.2 Abb. 8.3 Abb. 8.4 Abb. 8.5 Abb. 8.6 Abb. 8.7 Abb. 8.8 Abb. 9.1 Abb. 9.2 Abb. 9.3

XXIII

Aufgerüstete Bohle: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . 125 Schematische Darstellung der Dosierbleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Spaltbildung an der Bohle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Schematische Darstellung der Kanalbleche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Fertiger mit einfachem Schleppbalken: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Fertiger mit Schleppbalken nach der Bohle: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Schema Roadscanner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Einsatz eines Big-Skis: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . 134 Beschicker mit Kettenfahrwerk: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . 135 Beschicker mit zusätzlicher Nachmischanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Beschickerkübel mit Förderschnecke: Eigenaufnahme 2013. . . . . . . . 137 Schema Abböschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Beheizter Kantenschuh; Eigenaufnahme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Erstellung der Abböschung mit Kantenandrückrad: Eigenaufnahme 2013. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Beengte Baustellensituation in der Stadt: Eigenaufnahme, 2011. . . . . 142 Auszug aus der Leistungsbeschreibung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Auszug aus der Leistungsbeschreibung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Einbausituation in der Stadt: Eigenaufnahme, 2011 . . . . . . . . . . . . . . 145 Seitenbegrenzung auf Randstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Anschlussstelle mit einem Schmelzband: Eigenaufnahme, 2011 . . . . 147 Handeinbau von Asphalt: Eigenaufnahme, 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Straßenrechen (l.) und Teerverteiler gezahnt (r.): Eigenaufnahmen, 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Freischneiden eines Schachtdeckels: Eigenaufnahmen, 2019. . . . . . . 150 Einbau eines Schachtdeckels: Eigenaufnahmen, 2012. . . . . . . . . . . . . 150 Einbau von Tragdeckschicht auf einem Feldweg. . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Positives Dachprofil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Bohle mit einseitiger Abbnickung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 Hydraulische Bohlenbe- und -entlastung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 US-Seitenbegrenzung (End Gate): Eigenaufnahme, 2009. . . . . . . . . . 159 Hydraulisch verstellbare Seitenbegrenzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Einbau dicht an Hindernissen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Power Tunnel an einem US-Fertiger: Eigenaufnahme, 2009. . . . . . . . 162 Eine mit Splitt abgestreute SAMI-Schicht: Eigenaufnahme, 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Statische Verdichtung durch Walzen: Eigenaufnahme, 2010. . . . . . . . 167 Nahtloser Einbau: Ascendum Baumaschinen Österreich GmbH, Hans Grand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

XXIV

Abb. 9.4

Abbildungsverzeichnis

Heiß-an-Heiß-Einbau mit zwei Fertigern: Ascendum Baumaschinen Österreich GmbH, Hans Grand. . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Abb. 9.5 Wellenlänge und Struktur (vgl. [83]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Abb. 9.6 Abstreuen der Decke mit einem Kreisel-Splittstreuer: Eigenaufnahme, 2015. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Abb. 9.7 Asymmetrischer Einbau einer Autobahnausfahrt. . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Abb. 9.8 Aufbringen der Fahrbahnmarkierung: Eigenaufnahme, 2010. . . . . . . 175 Abb. 10.1 Materialförderung im Schneckenkanal und geschliffener Schneckenflügel: Eigenaufnahme, 2011 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Abb. 10.2 Struktur im Oberflächenbild: Eigenaufnahme, USA, 2009. . . . . . . . . 181 Abb. 10.3 Beschickung mit einer Thermomulde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Abb. 10.4 Infrarotscanner mit GPS und Wetterstation: MOBA Mobile Automation AG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Abb. 10.5 ROADTEC, world of asphalt 2010, USA: Eigenaufnahme. . . . . . . . . 186 Abb. 10.6 Displayeinheit zur Anzeige und Aufzeichnung der Temperaturdaten: Eigenaufnahme, 2015. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Abb. 10.7 Temperatur-Einbaudiagramm mit thermischer Entmischung: MOBA Mobile Automation AG . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Abb. 10.8 Temperatur-Einbaudiagramm mit Abkühlung nach Einbaustopp: MOBA Mobile Automation AG. . . . . . . . . . . . . . . 188 Abb. 10.9 Temperatur-Einbaudiagramm mit thermischer Entmischung durch unterschiedliche Anliefertemperaturen: MOBA Mobile Automation AG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Abb. 10.10 Temperatur-Einbaudiagramm ohne thermische Entmischung: MOBA Mobile Automation AG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Abb. 11.1 Warnkleidung in Klasse 1 bis 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Abb. 11.2 Beleuchtung an Straßenfertiger: Powermoon Germany, Rheinberg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Abb. 11.3 Schema der Ausleuchtung am Fertiger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Abb. 11.4 Beispiel für eine gut ausgeleuchtete Baustelle in den USA: Volvo AB, Göteborg, Schweden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Abb. 12.1 Autobahnsanierung im Kompakteinbau: Eigenaufnahme, Autobahn A7, 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Abb. 12.2 Kompakteinbau mit einem Spezialfertiger: Eigenaufnahme, Autobahn A7, 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Abb. 12.3 Bohlen im Kompakteinbau: Eigenaufnahme 2015. . . . . . . . . . . . . . . . 199 Abb. 12.4 Heiß-auf-Heiß-Einbau mit einem Maschinenzug besteht aus einem Materialbeschicker, einem Binderschichtfertiger und einem Deckenfertiger: Joseph Vögele AG, Ludwigshafen. . . . . . 200 Abb. 12.5 Materialzufuhr über einen Beschicker: Eigenaufnahme 2015. . . . . . . 201 Abb. 13.1 Innenbereich in PCC: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . 204 Abb. 13.2 Einbauschema in der Halle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Abbildungsverzeichnis

Abb. 13.3

XXV

Laserempfänger am Fertiger (l.) und Rotationslaser in der Halle (r.): Volvo AB, Göteborg, Schweden . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Abb. 13.4 Einbau von PCC mit Nachbehandlung der Naht: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Abb. 14.1 Auszug aus der Leistungsbeschreibung für einen Bauabschnitt . . . . . 211 Abb. 14.2 Neu angelegter Waldweg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Abb. 14.3 Aufbau des Waldweges. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Abb. 14.4 Abgetragener Oberboden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Abb. 14.5 Grader im Weldwegebau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Abb. 14.6 Erstellen einer Furt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 Abb. 14.7 Schematisches Spannungs/Verformungs-Diagramm. . . . . . . . . . . . . . 216 Abb. 14.8 Test mit Leichtem Fallgewicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Abb. 15.1 Versiegeln eines Dammes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Abb. 15.2 Deichbau mit seitlicher Sicherung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Abb. 15.3 Hydraulisch verstellbarer Dosierschieber: Eigenaufnahme, 2011. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Abb. 15.4 Spurweg in Asphalt: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . 222 Abb. 15.5 Gleisschottereinbau mit Lasernivelliergerät: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Abb. 15.6 Teststrecke mit Wellenprofil: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . 224 Abb. 15.7 Herstellung einer balligen Fahrbahn: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 Abb. 15.8 Fertigung einer Steilkurve: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . 225 Abb. 15.9 Erstellung der Laufbahn im Frankfurter Waldstadion: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Abb. 15.10 Mienenzufahrt unter Tage, Finnland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 Abb. 16.1 Herstellung einer halbstarren Deckschicht durch Einschlämmen von Mörtel: Dornburger Zement GmbH & Co. KG, Dornburg-Camburg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Abb. 16.2 Asphalttraggerüst mit eingeschlämmten Mörtel: Dornburger Zement GmbH & Co. KG, Dornburg-Camburg. . . . . . . . 229 Abb. 16.3 Verdichten von Walzbeton: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . 230 Abb. 16.4 Sprühfertiger im Dünnschichteinbau: Joseph Vögele AG, Ludwigshafen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Abb. 16.5 Selbstfahrender Mixpaver: KUTTER Spezialstraßenbau. . . . . . . . . . . 232 Abb. 16.6 Einbau von Farbasphalt: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . 233 Abb. 16.7 Einbau dünner Asphaltdeckschichten in Kaltbauweise: Eigenaufnahme, 2015. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Abb. 16.8 Abgeklebter Randbereich (l.) und Variobohle für DSK (r.): Eigenaufnahmen, 2015. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Abb. 17.1 Fertiger mit Absauganlage für Bitumendämpfe über dem Schneckenkanal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

XXVI

Abb. 17.2 Abb. 17.3

Abb. 17.4 Abb. 17.5 Abb. 17.6 Abb. 17.7 Abb. 17.8 Abb. 18.1 Abb. 18.2 Abb. 18.3 Abb. 18.4 Abb. 18.5 Abb. 20.1 Abb. 20.2 Abb. 21.1 Abb. 21.2

Abb. 21.3 Abb. 21.4 Abb. 21.5 Abb. 21.6 Abb. 21.7

Abbildungsverzeichnis

Birdview mit zwei Personen an der Bohle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 Fertiger mit modifiziertem, schiebendem Kübel für das Verbundforschungsprojekt: Prozesssicherer Automatisierter Straßenbau (PAST), MOBA Mobile Automation AG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Sensor für automatisches Lenken am Draht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Steuerung für 3D-Nivellierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 Laser für LPS-Unterstützung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 Straßenfertiger 3D-Nivellierung und Steuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 Ausbreitung des Laser-Signals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 Darstellung eines Gebäudekomplexes in 3D. Abbildung: Autodesk, Boll und Partner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 Für die Bestandsaufnahme vermessener Rosenbergtunnels (Schweiz). Abbildung: Autodesk . . . . . . . . . . . . . . 260 Darstellung der Bauanforderungen in der Planungssoftware. Abbildung: Autodesk, Boll und Partner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Pariser Stadtviertel Parc Princesse in Blickrichtung auf die Seine Abbildung: Autodesk, Labo des Paysages . . . . . . . . . . . . . . 264 Dreidimensionales Bestandsmodell des Rosenbergtunnels mit eingebetteter Projektmodellierung: Autodesk. . . . . . . . . . . . . . . . 264 Automatisches Messgerät zur Bestimmung der Nadelpenetration (l.) und Schema des Versuchs (r.). . . . . . . . . . . . . . . 276 Schema Erweichungspunkt Ring und Kugel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 Spuren durch mitgezogene Körner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Offenporige Oberfläche durch falsch eingestellten Stampferdurchschlag oder durch eine noch kalte Bohle: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 Entmischung in der Mitte der Bohle durch den Schneckenkasten. . . . 284 Abdruck einer Bohle durch lange Wartezeit: Volvo AB, Göteborg, Schweden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 Verjährungsfristen nach ZTV Asphalt-StB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 Profilloses SKM-Messrad: PEBA GmbH, Köpenicker. . . . . . . . . . . . 287 Messung der Griffigkeit nach dem SKM-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . 287

Tabellenverzeichnis

Tab. 1.1 Tab. 1.2 Tab. 2.1 Tab. 2.2 Tab. 2.3

Länge des deutschen Straßennetzes [7]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Weltweites Straßennetz 2014 (vgl. [8]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Gründe für ein- und mehrlagigen Einbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Einteilung von Straßen in Belastungsklasse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Allgemeines rheologisches Modell für Asphalt nach KRASS [29] und HUSCHEK [27]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Tab. 3.1 Raumdichte der verschiedenen Einbaumaterialien. . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Tab. 4.1 Einbaugeschwindigkeiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Tab. 5.1 Grenzwerte für die Unebenheiten innerhalb einer vier Meter langen Messstrecke in maschinellem Einbau nach ZTV Asphalt-StB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Tab. 7.1 Schachtdeckel nach Norm EN 124. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Tab. 9.1 Vorverdichtung und Solldicke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Tab. 10.1 Mindesttemperaturen für Asphalteinbau (vgl. ZTV Asphalt-StB 07). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Tab. 18.1 Grundlegende Definition des Level of Development (LOD) [119] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Tab. A.1 Abkürzungen der Asphaltmischgutarten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 Tab. A.2 Fertiger, Komponentenbezeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320

XXVII

1

Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

Der systematische Bau von Straßen in Europa geht auf das römische Reich zurück. Hier wurde aus militärischen Gründen ein europaweites Straßennetz aufgebaut. Mit dem Zerfall des Römischen Reiches im fünften Jahrhundert n. Chr. verfiel aufgrund mangelnder Wartung auch das überregionale Straßennetz. Die Wegeführungen überdauerten jedoch teilweise bis heute. Im Mittelalter (ca. ab 500 n. Chr.) ist das Wissen des Straßenbaus verloren gegangen. Europa war ohne das Römische Reich in viele Länder zerteilt und der © Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2020 M. Kappel, Angewandter Straßenbau, https://doi.org/10.1007/978-3-658-29470-0_1

1

2

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

überregionale Straßenbau verlor an Bedeutung. Die Handelswege waren meist unbefestigte Wege. Die Landesherren hatten „von guten Straßen nur wenig Nutzen, um so mehr aber von schlechten. Verdienten doch die Bauern an der Stellung von Vorspannpferden, die Schmiede und Stellmacher an der Wiederherstellung der zerbrochenen Wagen und die Wirte an der Beherbergung der Reisenden dieser Wagen. So waren alle Voraussetzungen gegeben für einen möglichst schlechten Zustand der Straßen“ [55]. Mitte des 18. Jahrhunderts, als die politische Lage in den deutschen Ländern stabiler wurde als in den Jahrhunderten zuvor, erlangte der Straßenbau erneut an Bedeutung. Die Landesherren erließen Vorschriften zum Bau von Straßen. Es setzte sich zunächst Holz als Baustoff durch. Im Gegensatz zu Stein war Holz günstig und reichlich vorhanden. 1767 wurde im Herzogtum Schlesien und in der Grafschaft Glatz jegliches Holz im Straßenbau verboten [55]. Die schon 1737 in der schwäbischen Kreisordnung erstmalig eingeführte Packlage in den Straßenbau verbreitet sich zusehens. Dabei werden Steine als Packlage gesetzt und der Rand mit Tiefbordsteinen eingefasst. „Die Packlageschicht wurde sorgfältig mit kleineren Steinen ausgezwickt und mit starken Stößeln abgerammt. Darüber kam eine 6 Zoll (16 cm) starke Schicht kleinerer Steine und als Abschluß darauf eine Kiesschicht…“ [55] Diese Bauweise setzte sich schnell in den verschiedenen deutschen Landesteilen durch. Erst mit der Gründung der französischen École Nationale des Ponts et Chaussées (Nationale Schule für Brücken und Straßen) 1760 wurde in Europa der Straßenbau wieder systematisch weiterentwickelt. Ein zeitweiser Stillstand in der Entwicklung des Straßenbaus setzte mit dem massiven Ausbau des Eisenbahn-Schienennetzes in der Mitte des 19. Jahrhundert ein. Die Eisenbahn konnte Menschen und Güter um ein Vielfaches schneller transportieren, als es in jener Zeit auf den Straßen möglich gewesen wäre. Straßen für den Überlandverkehr verloren bis zur Verbreitung des Automobils ab den 1920er-Jahren vorübergehend an Bedeutung. Mit dem schottischen Straßenbauer John Loudon MacAdam wurde ab 1825 die Konstruktion der Straßen in Großbritannien weiterentwickelt. MacAdam setzte auf einen dreischichtigen Schotteraufbau (zwei Lagen handgebrochener Schotter mit einer Lage Splitt als Deckschicht). Dieser setzte sich jedoch nicht aufgrund seiner Langlebigkeit, sondern vielmehr aufgrund der günstigen Herstellung durch [55]. Thomas Telford (1757−1834) baute zeitgleich in Großbritannien Straßen in der stabileren Packlage, wie es fast 100 Jahre vorher schon in Deutschland eingeführt wurde. Gegenüber der Bauweise von MacAdam sparte die aufwendigere Bauweise merklich Instandhaltungskosten (vgl. [55]). Mit Napoleon III.1 wurden erstmalig seit der Römerzeit Fernstraßen in Frankreich gebaut. Diese dienten in erster Linie militärischen Zwecken und verliefen schnurgrade. Im späten 19. Jahrhundert und Anfang des 20. Jahrhunderts wurden in den Vereinigen Staaten die ersten Straßenbaumaschinen entwickelt, mit denen wir die heute bekannten Asphaltstraßen bauen. Der Straßenaufbau hat sich zum heutigen Prinzip kaum verändert, indem mehrere Schichten von gebrochenen Steinen mit einem Bindemittel zusammengehalten werden. Als Bindemittel wurde überwiegend Teer eingesetzt, welches zu dem heute 1 französischer Kaiser 1852–1870.

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

3

noch im Volksmund verbreiteten Begriff der Teermaschinen führte. Noch in den 1950erJahren wurden „Schotterstraßen“ für weniger befahrene Straßen als günstige Alternative zu Teer- bzw. Asphaltstraßen gesehen (vgl. [10]). Ab 1984 wurde in Deutschland Teer im Straßenbau wegen seiner toxischen Eigenschaft verboten und durch Bitumen ersetzt. Die ersten Konzepte für einen Straßenfertiger (kurz: Fertiger), so wie wir ihn heute kennen, wurden 1886 von der Barber Asphalt Paving Company zum Patent angemeldet. Die Barber-Greene-Fertiger wurden durch Lkw beschickt und bauten den Asphalt mit einer Bohle ein. Das Einbaumaterial wurde durch die Maschinen gleichmäßig über die Straßenbreite verteilt und mithilfe der Bohle glatt gezogen. Erst mit dem Ablauf der von Barber-Greene gehaltenen Patente auf die wichtige Bohlentechnik konnten ab 1955 auch andere Firmen die sogenannten schwimmenden Bohlen auf den Markt bringen (vgl. [56]). Die Entwicklung der schwimmenden Bohle war die wichtigste Entwicklung im 20. Jahrhundert für den Straßenfertiger. Bei dieser Technik wird hinter dem Fertiger eine Glättbohle (kurz: Bohle) hergezogen, die den Asphalt verdichtet und glättet. Dabei wird diese lediglich gezogen und nicht in der Höhe geführt. Daraus ergibt sich, dass die eingebaute Lage eine bessere Ebenheit aufweist als die Unterlage (Abb. 1.1). Die Betondeckenfertiger unterscheiden sich maßgeblich zum Straßenfertiger mit schwimmender Bohle und werden in diesem Buch nur am Rande Erwähnung finden. Ein wichtiger Entwicklungsschritt war zunächst die elektrisch beheizte Bohle, die in den 1950er-Jahren von der Vögele AG entwickelt wurde. Die elektrische Heizung ermöglichte eine gute und gleichmäßige Beheizung der Stampfer und der Bodenplatten. Ab Mitte der 1980er Jahre wurden die voll ausziehbaren Bohlen entwickelt. Die Grundarbeitsbreite konnte nun hydraulisch bis auf die doppelte Grundarbeitsbreite vergrößert werden. Die jeweiligen Führungssysteme wurden von verschiedenen Firmen patentiert. 1981 wurde die Pressleiste als zusätzliches Verdichtungselement von der Vögele AG entwickelt. Bis dahin wurden Bohlen nur mit Stampfer und Vibrationseinheiten ausgestattet. Die Doppelstampferbohle (ABG, heute Volvo CE) wurde ebenfalls Anfang der 1980er-Jahre auf den Markt gebracht. Sie bildet den letzten wichtigen Schritt in der Entwicklung der Hochverdichtungsbohlen. In den 1990er-Jahren wurden verstärkt Fortschritte in der Digitalisierung und im

Abb. 1.1 Straßenfertiger aus den 1950er-Jahren noch ohne eine schwimmenden Bohle: Volvo Road Machinery Inc.; Shippensburg, PA, USA

4

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

Bereich der elektronischen Steuerung und Regelung gemacht. ABG hat als erstes Unternehmen die Straßenfertiger mit einem voll elektronischen Steuerpult ausgerüstet. Ziel der Zukunft wird es sein, weiter zu automatisieren, die Bedienung zu vereinfachen und die Maschinen in die Baustellenkommunikation weiter einzubinden.

1.1

Entwicklung der Verdichtung

Schon früh wurde erkannt, dass die Verdichtung für die Haltbarkeit der Verkehrswege eine entscheidende Rolle spielt. Jedoch wurde noch zu Napoleons Zeiten nur durch Schlagen und Stampfen verdichtet oder die Verdichtung dem Verkehr überlassen (vgl. [2]). Eine der ersten technischen Abbildungen einer Straßenwalze wurde im vom Jacob Leupold verfassten „Theatrum machinarium“ von 1725 abgebildet, aber erst hundert Jahre später finden die Straßenwalzen auch Einzug in den Straßenbau. Die ersten Walzen waren durch Pferdekraft gezogene Granit- oder beschwerte Holz-Einradwalzen. Eingesetzt wurden diese hauptsächlich zum Eindrücken des Schotters auf den Chausséen2 . Als weitaus zweckmäßiger haben sich jedoch schnell gußeiserne Walzenkörper erwiesen. Dabei richtete sich der Durchmesser der Walzkörper zunächst nach der zur damaligen Zeit wirtschaftlich herstellbaren maximalen Größe von Gußteilen und zum anderen nach der Größe der Pferde, die diese Walzen zogen. Dabei musste die Achse etwa auf der Höhe des an der Brust des Pferdes befindlichen Zugpunktes liegen, damit möglichst alle Kraft des Tieres zur Fortbewegung genutzt werden konnte. Der Durchmesser der Walzen betrug somit etwa 5 Fuß3 (ca. 1,6 m) (Abb. 1.2). Ein weiteres Problem der pferdegezogenen Walzen bestand darin, dass diese zunächst nur in eine Richtung fahren konnten und es meist schwierig war, auf den schmalen Wegen zu wenden. Nach jedem Walzübergang mussten die Pferde umgespannt werden, zur Vereinfachung wurde dazu auf jeder Seite der Walze eine feste Deichsel vorgesehen. Später wurde die Zugvorrichtung drehbar gestaltet und der Walzenkörper zusätzlich gestützt (vgl. [2]). Ab 1850 setzte sich zunehmend die Asphaltbauweise durch und es wurden vermehrt Straßen in dieser Bauweise erstellt. Das erstmals in Paris angewendete Verfahren hat gegenüber den Schotterstraßen nach John Loudon McAdam den Vorteil, dass Staubaufwirbelungen vermieden wurden. Zudem war der Asphalt im Gegensatz zu Pflastersteinen nahezu geräuschlos. 15 Jahre nach der erstmaligen Anwendung in Paris wurden bereits mehr als 100 km Straße als sogenannter teergebundener Makadam gebaut. Ab 1870 setzte sich „die Macadamisierung der Straßen mit Asphalt“ [2] auch in den europäischen Hauptstätten durch, nachdem sich dieses Verfahren in den US-amerikanischen Städten etabliert hatte (Abb. 1.3). Mit dem Aufkommen der ersten selbstfahrenden Lokomobile war der Entwicklungsschritt zur Dampfwalze nicht weit. Die Dampfwalze nach BALLAISON konnte wesentlich effizienter Straßen instandsetzen, als es mit gezogenen Pferdewalzen möglich gewesen 2 Französisch Chaussée entlehnt, welches seinerseits auf das galloromanische via calciata zurückgeht und Straße mit fest gestampften Steinen bedeutet. 3 Über die Erfordernisse einer guten Chausséewalze; von A. W. Schäffer, 1840.

1.1

Entwicklung der Verdichtung

5

Abb. 1.2 Ballaison Straßenwalze, Bulletin de la Société d’Encouragement: Über Bouillant’s Straßenwalze, Bd. 113, Tafel I, Stuttgart, 1849

wäre. BALLAISON platzierte die Feuerung des Kessels verborgen zwischen zwei gleich großen angetriebenen Walzenkörpern. Dieser Aufbau hatte den Vorteil, dass die Pferde nicht erschreckt wurden und die Walze auch am Tag auf viel befahrenen Straßen eingesetzt werden konnte [5]. In Deutschland wurde die Tandemform mit zwei gleich großen Walzenkörpern erstmalig 1878 durch die Firma Maffei in München gebaut (vgl. [2]) (Abb. 1.4). Die Walzenkörper konnten dabei im Fahrwerk gegeneinander verdreht werden, um so eine Kurvenfahrt zu ermöglichen [6]. In England wurde dagegen verstärkt das Prinzip der Dreiradwalze verfolgt, bei der die Hinterachse mit zwei Walzenrädern angetrieben ist und als vordere Achse ein geteilter Walzenkörper zum Lenken verwendet wird. Die Teilung des vorderen Walzkörpers unterstützte die durch einen Kettenzug realisierte Lenkung. Die ersten einsetzbaren Walzen mit einem Verbrennungsmotor wurden ab 1902 in England entwickelt, zunächst mit nur einem 25 PS starken Petroleummotor, der eine 16 t Walze antrieb (vgl. [2]). Die ersten Walzen mit Verbrennungsmotoren waren im Vergleich deutlich schwerer als die damaligen Dampfwalzen. Einzelzylinder-Dampfwalzen wurden bevorzugt für den Unterbau eingesetzt. Mit einer hohen Drehzahl der Dampfmaschine und einer langsamen Untersetzung wurde die Vibration der Maschine schon bewusst für die Verdichtung eingesetzt,

Abb.1.3 Ballaison Dampfwalze für chaussierte Straßen, J. A. Maffei’s Dampfstraßenwalze, Bd. 248, Tafel IV, Stuttgart, 1883

6

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

Abb. 1.4 Maffei’s Dampfstraßenwalze, Bulletin de la Société d’Encouragement, Bd. 179, Tafel VII, Stuttgart, 1866

ähnlich dem Prinzip der später entwickelten Vibrationswalze. Die ab 1910 aufkommenden Doppelzylinder-Dampfwalzen wurden aufgrund der ruhig laufenden Maschinen bevorzugt auf Asphaltschichten eingesetzt.

1.2

Meilensteine

3200 v. Chr. Erste Berichte über Verwendung von Asphalt als Baumaterial in Mesopotamien (Gebiet des heutigen Irak und Nordost-Syrien). Zunächst wurde Asphalt als Mörtelersatz für die Errichtung von Mauern verwendet (nach Cassius Dio, römischer Geschichtsschreiber) (vgl. [59]). 3000 v. Chr. Verwendung von Naturasphalt in Mesopotamien als Bodenbelag in Badezimmern, Regenrinnenauskleidungen und Auskleidung von Abwasserkanälen mit Bitumenblöcken (vgl. [59]). 2300 v. Chr. Hofbefestigungen aus Asphalt in Indien (vgl. [59]). 800−500 v. Chr. Einsatz von Bitumen als Bindemittel für Brücken über den Euphrat (vgl. [59]). 1610 Erste englische Postkutsche transportiert Postsendungen sowie Fahrgäste (vgl. [51]). Um 1660 Erste deutsche Postkutsche verkehrt zwischen Leipzig und Hamburg (vgl. [52]).

1.2

Meilensteine

7

Abb.1.5 Der Bau einer großen Straße: Vernet, Claude-Joseph; La construction d’un „grand chemin“, 1774, Musée du Louvre

1721 Auf Grundlage der kartografischen Arbeiten des Pfarrers Adam Friedrich Zürner werden in Sachsen Postmeilensäulen zur genauen Entfernungsangabe entlang der Straßen gesetzt (vgl. [53]) (Abb. 1.5). 1737 In der schwäbischen Kreisordung wird erstmals die Packlage in den Straßenbau eingeführt. Dies wurde 30 Jahre früher durch den Franzosen Pierre Marie Trésaguet (1716−1794) beschrieben, der jahrzehntelang als Erfinder galt [55]. 1760 Gründung der französischen École Nationale des Ponts et Chaussées (Nationale Schule für Brücken und Straßen). 1769 James Watt verbessert die Newcomen’sche Dampfmaschine erheblich im Wirkungsgrad. Die Verbesserungen ermöglichen zudem den Einsatz von Schwungrädern. 18. und 19. Jahrhundert Aus unbefestigten Erdbahnen des Mittelalters wird die Schotterstraße. Die künstliche Verdichtung und der Unterbau werden erstmalig erwähnt. Landstraßen und Straßen in Städten werden gepflastert. Erfindung des Bürgersteiges (Trottoir) [54].

8

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

Abb. 1.6 Bau einer Makadamstraße: Rakeman, Carl: Construction of a macadam road at the time of John Loudon McAdam, 1823, Federal government of the United States

ab 1800 Napoléon Bonaparte lässt aus militärischen Gründen Nationalstraßen bauen. 1815 Der schottische Ingenieur John Loudon McAdam (1756−1836) entwickelt 1815 einen revolutionären und einfachen Straßenbelag. Dieser wird heute noch als „Makadam“ bezeichnet. Im Wesentlichen ging es dabei um eine ausreichende Entwässerung der Straßen sowie den eigentlichen Aufbau aus verschiedenen Schichten. Die erste Straße, die er nach seinen Ideen bauen ließ, war eine Verbindung von der Straße zwischen Alloway und Maybole zu seinem Anwesen. Die Packlage eine Unterbauschicht aus hochkant gestellten „Pflastersteinen“, deren Spitzen man abschlug und mit Schotter überdeckte, wurde bis in die 50er-Jahre des letzten Jahrhunderts angewandt [61] (Abb. 1.6). 1822 Die erste Straße in Makadambauweise wird zwischen Hagerstown und Boonsboro im Bundesstaat Maryland der Vereinigten Staaten verlegt. ab 1830 Walzen finden den Einzug in Straßen- und Erdbau und werden in der Frühzeit vorwiegend von Pferden gezogen. 1832/1838 Beginn des Teerstraßenbaus in Großbritannien. Asphalt wurde erstmals 1835 in Paris als Bürgersteigbelag auf den Pariser Brücken Pont Royal und Pont du Caroussel aufgetragen [54]. In Deutschland wurde 1838 mit dem Jungfernstieg in Hamburg die erste Straße asphaltiert. Im Jahre 1851 wurde ein 78 m langes Stück der Fernstraße von Travers

1.2

Meilensteine

9

nach Paris mit einem Asphaltbelag versehen. Nur 20 Jahre später war Paris fast vollständig asphaltiert, kurz darauf auch andere europäische Großstädte (vgl. [62]). 1837 Die Eisenbahnstrecke Leipzig−Althen wird eröffnet. In den folgenden 15 Jahren wurde systematisch die Grundlage für das heutige Streckennetz geschaffen. Die Entwicklung der Eisenbahn führte zu einem vorübergehenden Stillstand in der Entwicklung des Straßenbaus. „1837 goss man den Gussasphalt in eiserne Formen und streute seine Oberfläche mit verschiedenfarbigem Steinsplitt ab. Diese dadurch gewonnenen Blöcke wurden zu einer Art Mosaikpflaster in Paris auf der Place de la Concorde verwendet.“ [55] 1842 Mit der Absicht, eine Alternative zum zähen Asphaltmastix zu erfinden, wird 1842 in Innsbruck der Gussasphalt für den Straßenbau entwickelt und wenig später auch erfolgreich eingesetzt [63]. 1854 Auf der Straße Rue Bergère in Paris wird erstmalig Stampfasphalt eingesetzt (vgl. [54]). Vier Jahre später hat sich der Stampfasphalt durchgesetzt und wird bald in ganz Europa eingesetzt. 1859 Die erste Bohrung nach Erdöl wird von Colonel Drake durchgeführt. Die Dampfwalze entwickelt sich aus den selbstfahrenden Lokomobilen. Der französische Straßenbauingenieur Lemoine gilt als Erfinder der ersten Dampfwalze. 1870/1871 Smedt erfindet den Walzasphalt, indem er in den USA mit einer Mischung von Sand, Kalksteinpulver und dem in Amerika vorkommenden Naturasphalt experimentiert [55] (Abb. 1.7). 1876 In den USA wird der Walzasphalt erfunden. 1877 Der moderne Straßenaufbau mit mehreren ungebundenen und gebundenen Schichten beginnt. 1885 Das Kleinpflaster wird von F. Gravenhorst entwickelt [54].

Abb. 1.7 Straßenaufbau aus US-Patent von 1877: Lee, Archibald K.: IMPROVEMENT IN CONCRETE PAVEMENTS, 1877, Patent number: 188645, United States Patent and Trademark Office

10

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

1888 In Breslau (Polen) wird die erste Beton-Straße gebaut (vgl. [61]). 1893 Es werden mobile Asphaltmischer für den Baustelleneinsatz entwickelt (Abb. 1.8 und 1.9). 1897 P. Jantzen erfindet eine Einbaumaschine, die als erster Fertiger gilt (vgl. [54]). 1900 Unter dem Namen Paving Tool wird der Stampfer für den Asphaltbau zum Patent angemeldet (siehe Abb. 1.9). Diese schienengebundene Konstruktion mit einer Dampfmaschine dürfte nicht nur nach heutigen Gesichtspunkten aufwendig im Aufbau und mäßig in der Effizienz gewesen sein.

Abb. 1.8 Asphaltmischer aus US-Patent von 1893: Winding, George: ASPHALT-MIXING MACHINE, 1893, Patent number: 490218; United States Patent and Trademark Office

Abb. 1.9 Urstampfer aus US-Patent von 1900: Hetherington, Fredrick A.: PAVING-TOOL, 1900, Patent number: 659867; United States Patent and Trademark Office

1.2

Meilensteine

11

Anfang des 20. Jahrhunderts Auf die ab Anfang des 19. Jahrhunderts gebauten sandgeschlämmten Makadam-Schotterlagen werden warme Teere aufgespritzt, durch die eine Staubbildung verhindert werden soll. Durch die zunehmende Motorisierung der Fahrzeuge steigt die Fahrgeschwindigkeit. Damit steigt jedoch auch die Belastung durch Staubwolken, welche zunehmend problematischer werden. 1906 Der Long Island Motor Parkway, gebaut als Parcour für Autorennen, wird später die erste öffentliche Straße für Automobile ohne höhengleiche Kreuzungen der USA. 1908 Der Long Island Motor Parkway (LIMP) ist die erste Straße, die für ausschließliche Benutzung durch Automobile erstellt wurde [64]. 1911 Edward N. Hines (1870−1938), Mitglied der Straßenkommission des Wayne County in Michigan, gilt als Erfinder der Fahrbahnmarkierung. Er schlug 1911 vor, auf der River Road nähe Trenton (USA), eine Mittellinie zur Fahrbahntrennung anzubringen. Die Firma Hamm baut die erste motorgetriebene Walze. 1913 Es wird erstmals die aus den USA stammende Walzasphaltbauweise in Europa angewandt. Die 10 km lange AVUS (Automobil-Verkehrs- und Übungsstraße) wird in Berlin als Europas erste Autostraße gebaut. 1917 Blaw-Knox entsteht durch Zusammenschluss der Firma Blaw Collapsible Steel Centering Company und der Knox Pressed and Welded Steel Company. ab 1920 Konzipierung des deutschen Autobahnnetzes und Umsetzung in der Zeit des Nationalsozialismus. Die Autobahnen wurden überwiegend in Betonbauweise gebaut [54]. Die Chemische Industrie stellt Straßenteer in verschiedenen Sorten her (Abb. 1.10). 1924 Europas erste Autobahn (20 km) wird in Italien zwischen Mailand und dem Comer See gebaut.

Abb. 1.10 Walze aus US-Patent von 1925 der Barber Asphalt Company: Browne, Frank A.: HROAD ENGINE, 1925, Patent number: 1531250, United States Patent and Trademark Office

12

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

ab 1925 Hartgussasphalt konnte auch bei sommerlichen Temperaturen als Straßenbelag eingesetzt werden. Zuvor war er nur als Bürgersteigbelag brauchbar. ab 1925/27 Die Firma Delmag entwickelt die erste 50 kg Explosionsramme. 1930er-Jahre Die ersten Barber-Greene-Fertiger werden in den USA gebaut und eingesetzt. Diese bestehen aus einer Zugmaschine und einer Bohle mit Stampfer. Mit diesem Konzept, in Verbindung mit der schwimmenden Bohle, dominierten die Barber-GreeneFertiger bis zum Auslauf der Patente 1955 den Markt. 1929 Die Firma Vögele bringt einen Schlepp-Verteiler auf den Markt. Das Gerät ist noch nicht selbstfahrend und wird vom beschickenden Lkw gezogen. 1932 Die erste Tandemwalze, mit zwei angetriebenen Walzenbandagen jedoch noch ohne Vibration, wird entwickelt. Eröffnung der ersten Autobahn Deutschlans Köln-Bonn (20 km). Der Adnun-Straßenfertiger und der Barber-Greene 879 sind die ersten selbstfahrenden Fertiger, die kein Schienensystem mehr benötigen (Abb. 1.11). 1938 In Europa wird durch die Firma Vögele der erste selbstfahrende Fertiger vorgestellt. nach 1945 Es wird die vollständige bituminöse Befestigung mit maschineller Aufbereitung und maschinellem Einbau von Gussasphalt zum technischen Standard [54]. In England wird durch die Firma Stothert and Pitt Ltd. die erste Vibrationswalze eingesetzt. ab 1950 Die Barber-Greene-Fertiger erhalten aufgrund der auslaufenden Patente Konkurrenz auf dem Markt. Die Firma Vögele entwickelt ihren ersten Schwarzdeckenfertiger,

Abb. 1.11 Einbaumaschine von Blaw-Knox aus US-Patent von 1932: Venable, William M.: METHOD OF AND MACHINERY FOR FORMING PAVEMENTS, 1932, Patent number: 1887341, United States Patent and Trademark Office

1.2

Meilensteine

13

der weitgehend mit modernen Elementen wie Materialkübel, Förderband und Schnecke ausgestattet ist. Dieser Straßenfertiger verfügt als erster über einen Aufnahmebehälter für das Einbaugut sowie Kratzerbänder, die das Mischgut zum Schneckenraum transportieren (Abb. 1.12). Offenporiger Asphalt (abgekürzt OPA) ist ein Asphaltbeton, der aufgrund seiner Eigenschaften auch als Drainageasphalt oder Flüsterasphalt bekannt ist. Entwickelt wurde er in den 1950er-Jahren ursprünglich, um auf großen befestigten Flächen (Flugfeldern) anfallendes Regenwasser möglichst schnell abzuführen. In Deutschland findet er heutzutage hauptsächlich im Zuge einer Lärmschutzmaßnahme Anwendung im Straßenbau. 1954 Der erster Radfertiger BF-90 wird in den USA von der Firma APSCO entwickelt (Abb. 1.13). 1955 Das Patent der schwimmenden Einbaubohle läuft ab. Die Firma ABG stellt ihren ersten Straßenfertiger mit gasbeheizter und schwimmender Bohle vor. Ein Jahr später wird von Vögele die erste Bohle dieser Bauart mit elektrischer Beheizung auf den Markt gebracht. ab 1955 Die Tragschichten werden aus Asphalt gebaut. 1956 Asphaltdeckenfertiger mit „schwimmender Einbaubohle“ und elektrischer Glättblechheizung werden von der Firma Vögele auf den Markt gebracht. Auf der „schwimmenden Einbaubohle“ basiert die Technologie des modernen Asphaltdeckenbaus.

Abb. 1.12 Schienengebundener Einbau in den 1930er-Jahre der USA: Volvo Road Machinery Inc.; Shippensburg, PA, USA

14

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

Abb. 1.13 Früher Straßenfertiger in den USA mit einer Windrow-Pick-Up-Maschine als Beschicker: Volvo Road Machinery Inc.; Shippensburg, PA, USA

Der Federal-Aid Highway Act wird von Präsident Eisenhower unterschrieben. Innerhalb einer Zeitspanne von über zehn Jahre sollen 41.000 Meilen (66.000 km) neue Autobahnen (Interstate Highways) in den USA gebaut werden. 1958 Die Firma Hamm stattet eine Tandemwalze mit Vibration aus und entwickelt damit die erste Tandemvibrationswalze. 1959 Blaw-Knox entwickelt die erste einfache Nivellierautomatik, die den Zugarmzylinder automatisch ansteuert (Abb. 1.14 und 1.15). 1963 Die erste hydrostatische und allradgetriebene Gummiradwalze wird für den Erdbau auf den Markt gebracht. 1965 Erster Radfertiger von Vögele. 1968 Der Splittmastix-Asphalt wird unter der Bezeichnung „Kieler Mischgut“ erstmalig in Deutschland eingesetzt. 1984 werden SMA-Beläge in die Norm aufgenommen. [58] Die erste hydrostatisch angetriebene Dreiradwalze wird durch die Firma Hamm entwickelt.

1.2

Meilensteine

15

Abb. 1.14 ABG Titan 300 von 1967: ABG Allgemeine Baumaschinen Gesellschaft mbH, Hameln

Abb. 1.15 Erste rein hydraulisch geregelte Nivellierautomatik zur Höhenabnahme von Referenzflächen (l.). Die hydraulische Regelung wird in der Weiterentwicklung durch eine erste elektronische Regelung ersetzt (r.): Volvo Road Machinery Inc.; Shippensburg, PA, USA

1971 Das Warmfräsen wird als erste effektive Methode entwickelt, um eine Schicht der Straßendecke abzutragen. Dabei muss die Oberfläche der Straße noch erwärmt werden. Ende der 1970er-Jahre wird das Kaltfräsen entwickelt. Die eingesetzten Hartmetall-Meißel werden aus der Bergbautechnik übernommen. Das Warmfräsen wird aufgrund der hohen Energiekosten und der nachteiligen Rauchentwicklungen durch die neue Technik fast vollständig abgelöst. Neben Asphalt können auch Betondecken abgetragen werden.

16

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

1973 Während der ersten Ölkrise steigt, aufgrund der Drosselung der Ölförderung um etwa fünf Prozent, der Preis für ein Barrel Öl von drei auf fünf US$. 1976 ABG bringt die vollständig ausfahrbaren Einbaubohlen auf den Markt. Die Grundarbeitsbreite kann jetzt genau verdoppelt werden. Der erster Walzenzug KV 80 wird von der Firma Hamm auf den Markt gebracht. 1979 Zweite Ölkrise. 1981 Vögele meldet die Pressleiste zum Patent an. Durch einen nach der Bohle geschalteten Stampfer wird das Einbaumaterial weiter verdichtet. 1983 Von ABG wird der Doppelstampfer entwickelt und patentiert. Durch einen zusätzlichen Stampfer vor der Bohle wird das Einbaumaterial besser vorverdichtet. 1983 Die Oszillationstechnologie wird aus der vertikal gerichteten Vibration weiter entwickelt und von Hamm in einer Tandemwalze eingesetzt. 1988 Die erreichte Verdichtung kann mit dem in Walzen eingesetzten Compaction Documentation System aufgezeichnet werden. 1994 Die maximale Einbaubreite, die in einem einzigen Zug gefertigt werden kann, wird durch Vögele auf 16 m gesteigert. 1999 ABG baut mit dem Titan 525 den bis dahin größten Straßenfertiger auf dem Markt.

1.3

Internationaler Straßenbau

Straßen werden in jeder Region der Welt nach individuellen Ansprüchen geplant und erstellt. Zum einem sind die vorherrschenden klimatischen Bedingungen für die Straßen maßgebend und zum anderem die Fahrzeuggeschwindigkeiten, auf welche die Straße ausgelegt wird. Dazu kommt, dass kaum ein Wirtschaftszweig so wie der Straßenbau durch Tradition bestimmt ist. Die Gesellschaft eines Landes gibt jeweils vor, wie aufwendig die Infrastruktur schließlich gestaltet wird. Ein Beispiel dafür sind höhenangepasste Kanaldeckel im Bereich der Fahrbahn, die in erster Linie nur den Fahrkomfort und damit den Gebrauchswert einer Straße erhöhen. In Deutschland werden fast ausschließlich Fahrbahnmarkierungen aufgebracht, die erhoben hergestellt werden (Typ-II-Markierungen) und dadurch auch bei Nässe noch gut zu erkennen sind. In vielen Ländern werden jedoch Markierungen aufgesprüht, die deutlich günstiger, aber schlechter zu erkennen sind. Wie der Straßenbau in einer Region

1.3

Internationaler Straßenbau

17

ausgeführt wird, ist somit stark von den traditionellen Qualitätsansprüchen und verfügbaren Finanzmitteln abhängig.

1.3.1

Nordamerika

Der nordamerikanische Straßenbau unterscheidet sich in der Vorgehensweise deutlich vom europäischen Einbauprozess und beeinflusst dadurch direkt die Anforderungen an die jeweilige Maschinentechnik. In Nordamerika werden häufig Boni für die Erreichung verschiedener Qualitätsziele gezahlt, die auch an die Einbaumannschaft weitergegeben werden. Üblicherweise wird ein Bonus für das Beenden der Baustelle vor dem eigentlichen Zieltermin ausgezahlt, welches unter anderem den schnelleren Einbauprozess in den USA begünstigt. Die weitere Bonusaufteilung unterscheidet sich je nach Baustelle, typischerweise entfällt jedoch der größte Anteil auf die Ebenheitsqualität (Roughness), welche die Fahrqualität berücksichtigt (Ride Index). Die Verdichtung (Density) wird, neben der Ebenheit, ebenfalls berücksichtigt, während die Einhaltung der Schichtdicken meist nur eine untergeordnete Priorität aufweist. Neben dem Boni-System sind aber auch Abzüge bei Nichteinhaltung der Qualitätsziele üblich. Bis in die 1960er-Jahre waren die eingesetzten nordamerikanischen Maschinen den europäischen sehr ähnlich (Abb. 1.16). Eingebaut wurde mit Stampferbohlen und Zugpunktverstellung. Mit den großen Interstate-Highway-Bauprojekten wurde zwar in großen Breiten

Abb. 1.16 Erster Radfertiger von Blaw-Know auf Basis des von APSCO 1953 entwickeltem BF-90: Volvo Road Machinery Inc.; Shippensburg, PA, USA

18

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

eingebaut, aber zugunsten der Einbaugeschwindigkeit zunehmend auf Stampfer in der Bohle verzichtet. In den USA wird die Hauptverdichtungsarbeit überwiegend durch die nachfolgenden Walzen übernommen. In Europa wird dagegen die Philosophie vertreten, dass die Hauptverdichtung mit der Bohle des Fertigers erfolgen muss. Werden genug Walzen eingesetzt, kann in den USA mit dieser Technik eine deutlich höhere Flächenleistung erreicht werden, als es in Europa üblich ist. Die Straßenfertiger besitzen dafür reine Vibrationsbohlen, die eine deutlich höhere Einbaugeschwindigkeit zulässt als vergleichbare Stampferbohlen. Solange die Asphaltdecke nicht von den Walzen verdichtet wurde, ist ein Betreten der Schicht mit deutlichem Einsinken verbunden und daher möglichst zu vermeiden (Abb. 1.17 und 1.18). Bevorzugt wird in kleinen Arbeitsbreiten eingebaut, wobei nur eine Fahrspur abgedeckt wird. Auf Highwaybaustellen ist, aufgrund der weit auseinanderliegenden Fahrspuren der jeweiligen Fahrtrichtungen, ein Umleiten des Verkehrs auf die Gegenfahrbahn meist nicht möglich. Vollsperrungen von Landstraßen haben bei einem sehr weitläufigen Land, wie im Fall der USA, unvertretbar weite Umleitungen zur Folge. Die für reine Vibrationsbohlen mögliche hohe Einbaugeschwindigkeit von 60 bis 120 Ft/min (18–36 m/min) setzt unter anderem eine Möglichkeit für eine direkte Verstellung des Bohlenanstellwinkels voraus. Dabei wird der Einstellwinkel mithilfe der sogenannten Depth Crank direkt an der Bohle eingestellt. Notwendig wird diese Verstellung, um bei

Abb. 1.17 Straßenbau in den USA mit einer Virbrationsbohle. (Foto: Chandrasekar Ramkumar, 2019)

1.3

Internationaler Straßenbau

19

Abb. 1.18 Eingebaute Straße in den USA mit hohem Setzmaß und geringer Vorverdichtung: Eigenaufnahme, 2010

hoher Einbaugeschwindigkeit USA-typische Wasserabläufe durch ein schnelles, einseitiges Absenken der Bohle direkt in den Asphalt formen zu können. Ebenfalls ist ein schnelles und starkes Verwinden der Bohle notwendig, wenn im Bereich von Kreuzungen die Straße an bestehende Straßenanschlüsse angepasst werden muss. Durch den Widerstand der DepthCrank-Kurbel kann der erfahrene Bediener zudem die neutrale Lage der Bohle feststellen und von dort aus, durch Zählen der Kurbelumdrehungen, den gewünschten Anstellwinkel festlegen. Die Verdichtung der reinen amerikanischen Vibrationsbohlen wird mit 75 bis 85 % der maximal erreichbaren Dichte angegeben. [105] Als Alternative zum Beschicker werden auch Windrow Machine (auch als Pick Up Machine oder als Material Elevator bezeichnet) eingesetzt. Der Asphalt wird dabei vom Lkw mit einer speziellen Abkippvorrichtung entlang der Straße abgekippt (siehe Abb. 1.19). Die Windrow Machine nimmt das Material auf und befördert es in den Kübel des Fertigers (Abb. 1.19).

1.3.2

Entwicklungs- und Schwellenländern am Beispiel von Indien

Am Beispiel von Indien kann gut gezeigt werden, wie sich der Straßenbau in Schwellenländer verhält (Abb. 1.20). Mit einer zunehmenden Industrialisierung wird vermehrt auch in den Ausbau des Straßennetzes investiert. Im Gegensatz zum gut ausgebauten Europa müssen Überlandverbindungen hier erst noch geschaffen werden. Dabei werden in Indien

20

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

Abb. 1.19 Windrow Machines vor Fertiger: Volvo AB, Göteborg, Schweden

Abb. 1.20 Straßenbau in Indien: Eigenaufnahme, 2011

1.3

Internationaler Straßenbau

21

die großen Straßenbauprojekte mit europäischen Maschinen in vergleichbarer europäischer Qualität hergestellt. Highways werden in großen Arbeitsbreiten und mit strikter Qualitätskontrolle eingebaut. Der wesentliche Unterschied zu europäischen Baustellen liegt im veränderten Schichtaufbau der Straße, in Indien werden beispielsweise mehr Schichten in geringerer Schichtdicke eingebaut. Die Maschinen sind trotz der geringen Automatisierung nicht besonders zuverlässig, können dafür aber mit handelsüblichen Ersatzteilen repariert werden. Garantieregelungen, wie sie in Europa üblich sind, sind bei diesen Maschinen unbekannt. Stampfertechnologien werden abseits der Großbaustellen selten eingesetzt. Die Verdichtung erfolgt überwiegend durch die nachfolgenden Walzen. Häufig werden auch gebrauchte Maschinen aus Industriestaaten in benachbarte Entwicklungs- und Schwellenländer exportiert. Somit sind beispielsweise US-amerikanische Maschinen häufig in Südamerika und europäische Maschinen vermehrt in den ehemaligen OstblockStaaten anzutreffen. Auch in den Schwellen- und Entwicklungsländern werden die Hauptverkehrswege meist mit modernen Maschinen nach annähernd europäischem Standard gebaut. Häufig werden dabei nachgebaute europäische Maschinen aus Fernost eingesetzt, die in Europa ohne EG-Konformitätserklärung nicht verkauft werden können. Der Arbeitsschutz ist jedoch nicht mit dem westlichen Standard vergleichbar (Abb. 1.21). Aufgrund der niedrigen Lohnkosten

Abb. 1.21 Improvisiertes Aufheizen: Eigenaufnahme, 2011

22

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

Abb. 1.22 Manuelle Schotterherstellung in Madagaskar (l.) und Indien (r.): Eigenaufnahmen, 2011/2012

werden deutlich mehr Arbeitskräfte eingesetzt, auch für Aufgaben, die durch defekte Maschinen bedingt sind. Walzen mit fehlender oder defekter Berieselungsanlage werden beispielsweise im Betrieb mit Eimer und Schwamm bewässert. Das Risiko für Arbeitsunfälle wird zudem durch mangelnde Schutzkleidung weiter erhöht. Die Verfügbarkeit von günstigen Arbeitskräften in den Entwicklungsländern führt beispielsweise dazu, dass Schotter in Handarbeit hergestellt wird (Abb. 1.22). Maschinen werden nur dort eingesetzt, wo diese unbedingt erforderlich sind. Zum einen sind Importmaschinen sehr teuer in der Anschaffung, zum anderen ist Kraftstoff ebenfalls ein entscheidender Kostenfaktor. Besitzen die Länder keine eigenen Ölvorkommen, kann ein Liter Kraftstoff mehr als das Tageseinkommen eines Arbeiters betragen. Energieeffiziente Arbeitsmaschinen sind deswegen nicht nur in den Industrieländern aus ökologischer Sicht immer gefragter, sondern auch in den Schwellenund Entwicklungsländern aus rein ökonomischen Gründen.

1.3.3

Straßennetze Deutschland und weltweit

Das gesamte weltweite Straßennetz wird auf 64,3 Mio. km (2013) geschätzt [8], dabei entfallen auf die Europäische Union mit 10,6 Mio. km etwa 1/6 aller weltweiten Straßen. Aus den Daten über das Volumen der vorhandenen asphaltierten Straßen in den einzelnen Ländern kann nur bedingt auf die Größe der Absatzmärkte für europäische Baumaschinen geschlossen werden. Zweifellos besteht ein Zusammenhang zwischen vorhandenem Straßennetz und dem Maschineneinsatz, der für die Instandhaltung nötig ist. Jedoch unterliegen

Abb. 1.23 Straßennetz weltweit als Entwicklungsindikator: Weltbank, Washington D.C., USA

1.3 Internationaler Straßenbau 23

24

1 Geschichte und Entwicklung des Straßenbaus

Sanierungsmaßnahmen den politischen und wirtschaftlichen Vorgaben der einzelnen Länder und Regionen und sind demnach hoch dynamisch. Die drei größten Märkte USA, China und Indien setzen auf lokale Hersteller bzw. auf lokal gefertigte Baumaschinen für den überwiegenden Anteil der Bauprojekte. Der chinesische Markt nimmt dabei jedoch eine Sonderstellung für die europäischen Hersteller ein, weil China eine besonders schnell wachsende Wirtschaft mit großen Infrastrukturprojekten ist und bevorzugt europäische Maschinen für Großprojekte einsetzt. Der Anteil an unasphaltierten Straßen kann nicht ohne Weiteres als Indikator für mögliche Marktpotenziale von Straßenfertigern und Baumaschinen gesehen werden. Abhängig von Region, Bevölkerungsdichte, klimatischen Bedingungen und Anteil an Schwerlastverkehr können unasphaltierte Straßen eine wirtschaftliche Lösung sein. In Ausnahmefällen wird auch ein Rückbau von asphaltierten Straßen zu Schotterstraßen vorgenomme um Instandsetzungskosten zu reduzieren (Abb. 1.23; Tab. 1.1 und 1.2). Tab. 1.1 Länge des deutschen Straßennetzes [7] Straßenkategorie

Länge [km]

Prozentualer Anteil [%]

Bundesautobahnen

12.996

2,0

Bundesstraßen

38.068

5,9

Land(es)- Staatsstraßen

86.968

13,5

Kreisstraßen

91.938

14,3

Gemeindestraßen (1993)

ca. 413.000

64

Summe:

ca. 643.000

Tab. 1.2 Weltweites Straßennetz 2014 (vgl. [8]) Staat

Asphaltiert [km]

Nicht asphaltiert [km]

Total [km]

Daten erfasst

United States

4.304.715

2.281.895

6.586.610

2012

China

3.453.890

652.497

4.106.387

2011

Indien

2.490.306

2.199.536a

4.689.842

Nicht angegeben

Frankreich

1.028.446

–

1.028.446

2010

Japan

973.234

237.017

1.210.251

2010

Russland

927.721

355.666

1.283.387

2012

Spanien

683.175

–

645.000

2011

Deutschland

645.000

–

1.283.387

2010

Italien

487.700

–

487.700

2007

Kanada

415.600

626.700

1.042.300

2008

Australien

356.343

466.874

823.217

2011

a Entnommen aus den World Development Indicators (vgl. [9])

2

Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

2.1

Schichtaufbau einer Straße

Der Bau von Asphaltstraßen ist heute trotz zunehmender Automatisierung ein aufwendiges Vorhaben. Moderne Straßen werden in mehreren Schichten (Lagen) aufgebaut, die sich in die Schichten des Unterbaus sowie in Schichten des bitumengebundenen Oberbaus aufteilen. © Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2020 M. Kappel, Angewandter Straßenbau, https://doi.org/10.1007/978-3-658-29470-0_2

25

26

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

Dabei teilt sich der Oberbau in der Regel in weitere Asphaltschichten unterschiedlicher Qualität auf. Der Aufbau der Schichten leitet sich von der Belastung der Straße ab, je höher die Verkehrsbelastung sein wird, desto stärker muss der Oberbau ausgelegt werden. Die durch Fahrzeuge eingeleiteten Belastungen werden auf relativ kleinen Flächen in die Straße eingeleitet. Die von oben drückende Last wird dabei kegelförmig in den Untergrund weitergegeben. Das bedeutet, dass nur die oberste Schicht einer Straße den größten Druckkräften ausgesetzt ist, während die tiefer liegenden Schichten zunehmend weniger beansprucht werden. Daraus ergibt sich, dass in der untersten Schicht ein preisgünstiges Einbaumaterial mit einer geringeren Tragfähigkeit eingesetzt werden kann. Die erste bitumengebundene Schicht wird als sogenannte Tragschicht bezeichnet. Mit der Binderschicht, die sowohl tragfähiger als auch teurer ist, wird der Übergang zur Deckschicht gebildet. Diese oberste, veraltet auch als Verschleißschicht bezeichnet Schicht, muss nicht nur widerstandsfähig gegen Spannungen im Material, sondern auch griffig und abriebfest sein. Durch Beschleunigen und Abbremsen von Fahrzeugen werden zusätzlich Schubkräfte in die Straße eingeleitet. Die Schubkräfte wirken parallel zu der Straßenoberfläche und sind in der Binderschicht am größten. Kreuzungen und Flächen vor Ampelanlagen sind stets besonders hoch belastet. Der mehrlagige Aufbau hat zudem auch einen weiteren technischen Vorteil: Die erste natürliche Schicht der Straße, die nur durch Walzen verdichtet wurde, ist naturgemäß die unebenste (Abb. 2.1). Die Ebenheit wird mit jeder neuen Schicht verbessert

Abb. 2.1 Bohrkernentnahme für die Qualitätskontrolle (UK): Eigenaufnahme, 2019

2.2

Einbau in zwei Phasen

27

(s. auch Abschn. 4.3.1, Selbstnivellierung). Mit der zuletzt eingebauten Deckschicht, die nur zwei bis vier Zentimeter beträgt, sollten keine Unebenheiten mehr ausgeglichen werden. Fehler in der Ebenheit an dieser Stelle zu korrigieren, ist nicht nur technisch anspruchsvoll, sondern aufgrund der Materialkosten auch sehr kostspielig. In der Deckschicht muss jede unnötige Tonne Material vermieden werden. Ein Nachteil des mehrlagigen Aufbaus ist allerdings, dass dünne Schichten schnell auskühlen. Ein Verdichten durch die Walzen ist bei zu niedriger Temperatur des Materials nicht mehr möglich. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, die Anzahl der geplanten Schichten zu reduzieren und zwei Schichten zu einer stärkeren Lage zusammenzufassen. Ein nachgiebiger oder unebener Untergrund kann auch ein Grund sein, eine Schicht in zwei weniger starke aufzuteilen und somit ein ebeneres Endergebnis zu erzielen.

2.2

Einbau in zwei Phasen

Es kann unter speziellen Umständen sinnvoll sein, eine Straße in zwei Bauabschnitten zu erstellen (Tab. 2.1): 1. Wenn die Topographie und die Bodeneigenschaften vermuten lassen, dass sich die Straße nach Verkehrsfreigabe noch weiter setzen wird. 2. Die Binderschicht wird erst im Spätherbst eingebaut und das Wetter lässt keinen sicheren Einbau der Deckschichten mehr zu. 3. Die finanziellen Mittel sind begrenzt oder das Jahresbudget ist ausgeschöpft. In diesen Fällen wird die Straße zunächst bis zur Binderschicht eingebaut. Diese Schicht übernimmt für die Zeit bis zur endgültigen Fertigstellung die Aufgabe der Deckschicht. Es ist unbedingt ein Mischgut zu verwenden, welches eine geschlossene Oberfläche gewährleistet. Alternativ muss eine separate Oberflächenbehandlung vorgesehen werden, um das Eindringen von Wasser zu verhindern.

Tab. 2.1 Gründe für ein- und mehrlagigen Einbau Einlagiger Einbau

Mehrlagiger Einbau

Unterlage ist standfest

Unterlage ist nachgiebig

Unterlage ist eben

Unterlage ist uneben

Schichtdicke ist konstant

Schichtdicke variiert

Das Wetter ist regnerisch

Die Fahrbahn muss unmittelbar befahren werden

Außentemperaturen sind niedrig

28

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

In der zweiten Bauphase wird einer eventuellen Setzung durch eine Ausgleichsschicht Rechnung getragen und anschließend mit der Deckschicht die Straße fertiggestellt (vgl. [65]).

2.3

Belastungsklasse

Der Oberaufbau wird nach der zu erwartenden Verkehrsbelastung und der möglichen Frostwirkung ausgelegt. Mit der RStO 12 wurde die zuvor verwendete Einteilung in Bauklassen durch die Einführung von Belastungsklassen abgelöst (Tab. 2.2). Der Oberaufbau wird nach den zu erwartenden Verkehrsbelastungen ausgelegt. Für Straßensanierungen wird dies entweder durch Zählungen oder durch Verkehrsprognosen geschätzt. In Deutschland wird der Straßenoberbau in sieben Belastungsklassen unterschieden. Die Einteilung erfolgt nach den sogenannten bemessungsrelevanten Beanspruchungen. Dies bezieht sich auf die Anzahl der zu erwartenden 10-Tonnen-Achsübergänge. Aus den Erkenntnissen des in den 1950er-Jahren erstellten AASHO-Road-Tests [57] können mit Äquivalenzfaktoren leichtere oder schwerere Achsübergänge auf die Standard-10 t-Achslast umgerechnet werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Straßenschädigung mit der

Tab. 2.2 Einteilung von Straßen in Belastungsklasse Bemessungsrelevante Belastungsklasse Beanspruchung in nach RStO 2012 10-TonnenAchsübergangen

Bauklasse

Beispiel

>32 Mio.

Bk100

SV

Autobahnen

10 bis 32 Mio.

Bk32

I

Autobahnzubringer, Schnellverkehrsstraßen, Industriesammelstraßen

3,2 Mio. bis 10 Mio.

Bk10

II

Hauptverkehrsstraßen, Industriestraßen

III

Haupterschließungsstraßen, Straßen in Gewerbegebieten, Wohnsammelstraßen Anliegerstraßen, Sammelstraßen, Fußgängerzone mit Ladeverkehr

1,8 Mio. bis 3,2 Mio. Bk3,2 1 Mio. bis 1,8 Mio.

Bk1,8

300.000 bis 1 Mio.

Bk1,0

IV

bis 300.000

Bk0,3

V

VI

schwach befahrende Anliegerstraßen, Parkflächen für PKW Befahrbare Wohnwege, Fußgängerzonen

2.3

Belastungsklasse

29

vierten Potenz der statischen Achslast steigt. Ein 12-t-Lastkraftwagen mit einer Last von 5 t auf der Vorderachse und 7 t auf der Hinterachse ergibt einen Äquivalenzfaktor von: 

5t 10 t

4

 +

7t 10 t

4 = 0,3

(2.1)

Der 12-t-Lastkraftwagen verursacht ca. 1/3 so viel Schaden wie ein einzelner Übergang einer 10-t-Achse. Der Einfluss der vierten Potenz wird besonders deutlich, wenn Lastkraftwagen mit Personenfahrzeugen verglichen werden. Ein Auto (je 1 t pro Achse) verursacht 1 des Schadens, welchen eine 10-Tonnen-Achse eines Lastkraftwagens verursacht. nur 5000 Die einfache AASHO-Road-Formel berücksichtigt bei einfacher Zählung des Verkehrsaufkommens nicht die unterschiedliche Auslastung der Lastkraftwagen. Zudem wird in der Fachliteratur bezweifelt, dass die vierte Potenz zutreffend ist. Vermutlich muss bei heutigen Fahrzeugen (bessere Federung) ein geringerer Wert angenommen werden (vgl. [66]). Die Belastungsklasse Bk1,0 kennzeichnet Straßen, die etwa nur gelegentlich durch Lkw befahren werden, wie sie etwa in Anliegerstraßen vorliegt. Autobahnen oder Schnellstraßen werden in Belastungsklasse Bk100 und Bk32 mit den höchsten Ansprüchen eingestuft. Während der Planungsphase einer Straße kann die bemessungsrelevante Beanspruchung B wie folgt berechnet werden: B = N · DT V (SV ) · f A · q Bm · f 1 · f 2 · f 3 · f z · 365

(2.2)

Straßenklasse f A = Achszahlfaktor, durchschnittliche Achszahl pro Fahrzeug des Schwerverkehrs q Bm = Mittlerer Lastkollektivquotient Allgemeine Planungsdaten N f1 f2 f3

= Nutzungszeitraum in Jahren = Fahrstreifenfaktor, Anzahl der Fahrstreifen = Fahrstreifenbreitenfaktor, Breite der Fahrstreifen = Faktor für Höchstlängsneigung (Längsneigung)

Verkehrsdaten DT V (SV ) = Schwerverkehr in 24 h (Fahrzeuge unter 2,8 t werden anteilig berücksichtigt) = Mittlere jährliche Zunahme des Schwerverkehrs fz Abhängig von den zur Verfügung stehenden Daten können auch weitere Methoden zur Berechnung eingesetzt werden. Die Faktoren sind den Tabellen der jeweils neusten Ausgabe der Richtlinien zu entnehmen (siehe [16]):

30

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

• RstO – Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen. • ZTVE-StB – Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau. • HBS – Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen.

2.4

Der Straßenfertiger

Ein Straßenfertiger besteht aus dem sogenannten Traktor und der Bohle. Der Traktor nimmt zunächst das Einbaumaterial über den Kübel auf. In der Regel wird ein Lkw vom Fertiger geschoben und schüttet dabei das Material in den Kübel. Das Material wird aus dem Kübel durch ein Förderband unter dem Fahrerstand zum Ende des Traktors transportiert. Eine Schnecke verteilt das Material jeweils zu den Seiten. Die Aufgabe der Bohle ist, das Material zu verdichten und abzustreifen. Das Eigengewicht, zusätzliche Vibratoren, Stampfer und Pressleisten verdichten das Material so weit, dass es anschließend von Straßenwalzen endverdichtet werden kann (Abb. 2.2).

Abb. 2.2 Funktionsschema Straßenfertiger

2.4

Der Straßenfertiger

31

Straßenfertiger werden nach Art des Fahrwerks in Rad- und Kettenfertiger unterschieden. Radfertiger besitzen üblicherweise zwei große Hinterräder und zwei bis vier kleinere Vorderräder (es gibt auch Radfertiger mit vier großen Hinterrädern). Der Vorteil liegt in der höheren Fahrgeschwindigkeit der Maschinen gegenüber Fertigern mit Kettenantrieb. Kettenfertiger fahren dagegen auf einem Raupenfahrwerk und können eine höhere Traktion erreichen. Wird der Fertiger für Straßenreparaturen auf häufig wechselnden Baustellen eingesetzt, empfiehlt sich der Radfertiger. Die Transportkosten für den Tieflader können so entfallen. Radfertiger sind auch mit einer Straßenzulassung erhältlich und können ohne Sonderrechte für Baustellenfahrzeuge im Straßenverkehr bewegt werden. Grundsätzlich kann gesagt werden, dass Kettenfertiger durch die bessere Traktion im Einbau leistungsstärker sind. Dies gilt besonders, wenn der Untergrund lose oder aufgeweicht ist, die angetriebenen Räder eines Radfertigers können sich dagegen leicht eingraben. Der Radfertiger mit Einzelradaufhängung kann jedoch besser Hindernisse wie etwa Schachtdeckel überfahren. Jedes Rad fährt dabei einzeln über den Schachtdeckel, gleicht den Höhenunterschied aufgrund der Einzelradfederung nacheinander aus. Ein Kettenfahrwerk ist dagegen starr und hebt infolge der fehlenden Federung die komplette Maschine entsprechend an. Die Geschwindigkeit der Radfertiger ist in der Regel auf 20 km/h begrenzt. Das hat zum einen technische Gründe, die in der Leistungsfähigkeit der Fahrgetriebe begründet sind und Rechtlich. Soll der Radfertiger im öffentlichen Straßenverkehr mit 25 km/h gefahren werden, müssen folgenden zusätzliche Bedingungen erfüllt werden: • Bei mehr als 20 km/h besteht Kennzeichenpflicht und damit auch die Pflicht zur Hauptuntersuchung (HU), (FSV §4 Abs.2 Satz 1) • Das Fahrgeräusch ist bei Vorbeifahrt des Fahrzeugs zu messen • Bei der Bereifung darf der für 20 km/h erforderliche Lastindex nicht überschritten werden Das Verhältnis von eingesetzten Rad- zu Kettenfertigern kann in einer Region sehr unterschiedlich sein, je nachdem ob die bessere Traktion oder die höhere Fahrgeschwindigkeit als wichtiger angesehen wird. Zudem spielen die geforderte Qualität und die Tradition im Land eine entscheidende Rolle bei dem bevorzugten Fertiger-Typ. Großbritannien ist traditionell ein bedeutender Markt für Radfertiger, Frankreich hingegen für Kettenfertiger. Eine weitere regionale Besonderheit sind Kettenfertiger mit schnelllaufender Raupenkette. Diese werden überwiegend in Nordamerika eingesetzt und sind in Europa fast nicht vertreten (siehe Abb. 1.17). Radfertiger • • • •

Schnelle Transportfahrt möglich (20 km/h). Meist schlechtere Wartungszugänglichkeit als bei Kettenfertigern. Sehr ruhiger Lauf der Maschine. Vorteile beim Überfahren von Schachtdeckeln und Hindernissen.

32

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

• Gute Selbstnivellierung bei kurzen Unebenheiten. • Geringere Traktion auf losem Untergrund. Kettenfertiger • Hohe Traktion und geeignet für größere Straßenbreiten. • Transportfahrt nur bedingt möglich (5−7 km/h). • Aufgrund der Kettenplatten, die am hinteren Turas umgelenkt werden, ist der Lauf im Vergleich zu einem Radfertiger deutlich unruhiger. • Gute Selbstnivellierung bei langen Unebenheiten. • Gute Traktion auf schwierigem Untergrund. Kettenfertiger mit Schnelllaufkette • Ähnliche Traktion im Vergleich zu einem konventionellen Raupenfahrwerk. • Schnelle Transportfahrt möglich (15 km/h). • Extrem hohe Wartungskosten für die Fahrwerksketten.

TIPP

Transportfahrt mit dem Kettenfertiger Mit einer voll aufgerüsteten Bohle sollte nicht weiter als 2 km im Transportgang zurückgelegt werden. Durch die angehobene Bohle verlagert sich der Schwerpunkt der Maschine so weit nach hinten, dass die letzten Fahrwerksrollen stark belastet werden und schnell überhitzen. Kann eine längere Transportfahrt nicht vermieden werden, sollte die Geschwindigkeit herabgesetzt werden und die Temperaturentwicklung der Rollen beobachtet werden. 100 ◦ C sollten hier üblicherweise nicht überschritten werden. Durch Übertemperatur versagen die Laufrollen spontan! Ein weiterer Einsatz der Maschine ist zwar vorübergehend möglich, aber die zerstörten Laufrollen machen sich durch lautes, metallisches Quietschen bemerkbar.

2.5

Auswahl der Bohle

Mit jedem Fertiger können auch verschiedene Bohlen kombiniert werden. Grundsätzlich lassen sich die Bohlen in traditionelle starre Bohlen und in Vario-Bohlen unterscheiden. Vario-Bohlen können während des Einbaus ihre Breite hydraulisch verändern. Starre Bohlen werden auf der Baustelle aufgebaut oder getrennt vom Fertiger transportiert und können nur in einer festen Breite einbauen. Häufig werden diese für große Bauprojekte wie beispielsweise Autobahnen eingesetzt. Als dritte Variante sind starre Bohlen mit Vario-Endteilen auf

2.5

Auswahl der Bohle

33

dem Markt vorhanden. Diese Endteile sind aber mehr als eine Zusatzfunktion zu sehen und nicht als eigenständiger Bohlentyp.

2.5.1

Technisches Prinzip der schwimmenden Bohle

Die Bohle wird durch den Traktor gezogen und schwimmt dabei auf dem Material. Dies lässt sich anschaulich mit einem Wasserskifahrer vergleichen, der über das Wasser gezogen wird. Wie die Skier wird auch die Bohle mit einem Anstellwinkel über das Material gezogen. Im Gegensatz zu dem Wasser ist die Viskosität1 von Walzasphalt jedoch so hoch, dass er nicht durch Fließen ausweichen kann. Asphalt reagiert mit Verdichtung auf die Einwirkung der Bohle. Die Bohle kann sich frei um den Zugpunkt am Fertiger bewegen und wird normalerweise nicht in einer Höhe gehalten. Eine Ausnahme ist, wenn ein moderner Fertiger im Einbau gestoppt wird. Dabei wird die Bohle automatisch durch die Hydraulikzylinder in ihrer aktuellen Position gehalten, um ein Absinken zu verhindern. Anders als bei einem Wasserskifahrer, der mit einer beweglichen Leine mit dem Boot verbunden ist, werden Bohlen mit starren Zugarmen gezogen. Ändert die Bohle ihre Höhe gegenüber dem Untergrund, ändert sich auch zwangsweise der Anstellwinkel. Gemessen wird der Winkel zwischen Untergrund und Bodenplatte. Je größer der Anstellwinkel, desto höher wird die Auftriebskraft für die Bohle. Gegen die Auftriebskraft wirkt die Gewichtskraft der Bohle nach unten. Die Bohle versucht selbstständig, ein Gleichgewicht zwischen den Kräften zu finden, indem sie steigt oder sinkt. Die Zugpunkte können am Fertiger in der Höhe verstellt werden, um die einzubauende Schichtdicke zu verändern. Wird der Zugpunkt nach oben verschoben, erhöht sich zunächst der Anstellwinkel. Die Bohle reagiert so lange durch Aufsteigen, bis sich der Anstellwinkel so weit verringert hat, dass sich wieder ein Gleichgewicht zwischen den Kräften eingestellt hat. Welcher Anstellwinkel sich schließlich einstellt, ist neben der Position der Zugpunkte auch von der Einbaugeschwindigkeit, Viskosität des Materials und von der Bauform der Bohle abhängig. Ändert sich während des Einbaus einer dieser Einflussfaktoren, verändert sich somit auch die eingebaute Schichtdicke. Für den Asphalteinbau ist die Trägheit dieses Systems von Vorteil. Eine sprunghafte Veränderung, wie sie etwa durch eine spontane Erhöhung der Einbaugeschwindigkeit hervorgerufen werden kann, wirkt sich nur langsam auf das Einbauergebnis aus. Erstmals wurde die Technik der schwimmenden Bohle in den 1930er-Jahren mit den Barber-Green-Fertigern eingesetzt. Seitdem hat sich an diesem grundlegenden Prinzip nichts verändert (Abb. 2.3).

1 Die Viskosität ist ein Maß für die Zähflüssigkeit eines Fluids. Je größer die Viskosität, desto dickflüs-

siger (weniger fließfähig) ist das Fluid; je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger (fließfähiger) ist es.

34

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

Abb. 2.3 Schema Schwimmende Bohle

2.5.2

Vario-Bohlen

Im städtischen Straßenbau mit sich häufig verändernden Straßenbreiten ist eine Vario-Bohle sinnvoll (Abb. 2.4). Eine gute Flexibilität ist in diesem Fall wichtiger als die Möglichkeit, große Arbeitsbreiten einbauen zu können. In der europäischen Variante befinden sich die Ausfahrteile hinter der Basisbohle (Abb. 2.5). Dieser Aufbau ist auf eine hohe Verdichtung bei mäßiger Einbaugeschwindigkeit optimiert. Nachteilig ist, dass die Ausfahrteile nur eingefahren werden können, wenn sich wenig Einbaumaterial vor den Ausfahrteilen befindet. Das bedeutet, dass durch eine Reduzierung des vorliegenden Materials das Einfahren der Ausfahrteile vorbereitet werden muss. Die amerikanischen Varianten sind dagegen auf Schnelligkeit getrimmt. Die Ausfahrteile befinden sich vor der Basisbohle und können teilweise nur etwa halb so tief wie die der Grundbohle ausgeführt sein. Die Schnelligkeit geht jedoch zulasten der Verdichtung, die in diesem Fall deutlich geringer ausfällt als bei vergleichbaren europäischen Bohlen. Durch den nahezu geradlinigen Schneckenkanal (s. Abb. 2.6) können die Varioteile deutlich schneller verfahren werden. Es ist zudem auch möglich, ohne die Schnecken zu den Seiten verlängern zu müssen, mit einer vollständig ausgefahren Bohle zu arbeiten (auch wenn dies nicht unbedingt zu empfehlen ist). Es besteht für die Bediener die Möglichkeit, den Anstellwinkel für jede Bohlenseite direkt mit einer Kurbel zu verstellen. Ein schnelles Verstellen des Bohlenanstellwinkels ist nur bei sehr hoher Einbaugeschwindigkeit erforderlich. Notwendig wird dies, wenn im Bereich von Kreuzungen und Ausfahrten das Straßenprofil angepasst werden muss. Oberhalb einer Einbaugeschwindigkeit von 20 m/min reagiert die hydraulische Zugpunktverstellung nicht schnell genug. Ein weiterer Absatzmarkt der amerikanischen Bauart ist unter anderem Australien, in Europa dagegen wird diese Bauart nicht eingesetzt.

2.5

Auswahl der Bohle

Abb. 2.4 Schema einer Vario-Bohle: Volvo AB, Göteborg, Schweden

Abb. 2.5 Schema einer europäischen Bohle

35

36

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

Abb. 2.6 Schema einer nordamerikanischen Bohle

Generell gilt für Variobohlen: • Änderung der Breite bis zu 3 m möglich. • Maximale Breite bis 12 m, empfohlen 9−10 m. Die statische Stabilität der Bohlen findet ab etwa 10 m ihre technische Grenze. Mit Optionen wie beispielsweise der Bohlenspannvorrichtung oder der hydraulischen Belastung der Ausfahrteile kann der Flexibilität der Bohle entgegen gewirkt werden. Eine starre Bohle kann angesichts der fehlenden hydraulischen Führungen deutlich stabiler ausgeführt werden. Ab einer Einbaubreite von mehr als 10 m wird zudem die logistische Versorgung der Maschine mit Einbaumaterial schwierig. Es kann nicht genug Material im Kübel aufgenommen werden, um die notwendige Zeit für einen Lkw-Wechsel zu überbrücken. Die Folge sind Einbauunterbrechungen, die bei heiß eingebauten Materialien möglichst zu vermeiden sind. Durch die Unterbrechung können mehrere Fehler entstehen, auf die später genauer eingegangen werden soll. Um die großen Arbeitsbreiten dennoch versorgen zu können, werden Beschicker2 eingesetzt.

2.5.3

Starre Bohle

Starre Bohlen können mit den größten heute verfügbaren Fertigern bis zu einer Breite von 18,0 m aufgebaut werden. Der technische Vorteil liegt gegenüber den Vario-Bohlen in der größeren Steifigkeit der Bohlen. An die Grundarbeitsbreite werden bei einer starren Bohle 2 s. Abschn. 6.3.

2.5

Auswahl der Bohle

37

Abb. 2.7 Starre Bohle mit Vario-Endteilen. (Foto: Udo Lüdeke, 2014)

einzelne Segmente angebracht. Die Breite der Bohle ist damit festgelegt und kann nicht während des Einbaus verändert werden. Zur Steigerung der Stabilität sowie zum Trimmen der Bohle werden zusätzliche Verstrebungen angebaut (Abb. 2.7). Ähnlich zu den amerikanischen Vario-Bohlen, kann der Schneckenkanal bei einer starren Bohle geradlinig verlaufen und vereinfacht so den Materialtransport der Schnecke. Üblicherweise sind die Bohlenkörper tiefer als vergleichbare Vario-Bohlen ausgeführt und somit besser für schlecht tragendes Einbaumaterial geeignet (Beton-Einbau). Generell gilt für starre Bohlen: • Es sind große Arbeitsbreiten möglich. • Preisgünstig. • Robust.

2.5.4

Heizungssysteme

Wenn Bohlen für Bitumen-gebundenes Einbaumaterial eingesetzt werden, müssen diese zwangsläufig beheizt werden. Bitumen haftet an nahezu allen festen Materialien, sobald es in flüssiger Form vorliegt. An den Bodenplatten wirkt sich eine zu kalte Bodenplatte (unter 120 ◦ C) mit einer rauen Oberfläche der Straße aus. Es wird schon lange nach einem Material gesucht, welches den Anforderungen als Bodenplatte gerecht wird, aber nicht beheizt werden muss. Die Problematik dabei ist, dass der geforderten Verschleißfestigkeit nur hoch legierte Stähle gerecht werden. Nach heutigem Stand der Technik wird eine unbeheizte Bohle noch lange Fiktion bleiben. Sollen neue Straßenfertiger angeschafft werden, ist es wichtig, die Vor- und Nachteile der Heizungen zu kennen. Traditionell wurden Bohlen mit Gas beheizt. Heute ist allerdings

38

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

die elektrische Heizung die bevorzugte Variante. Das stärkste Argument für eine elektrische Heizung ist, dass die Stampfer der Bohle beheizt werden können. Gasbohlen können Stampfer konstruktionsbedingt nicht besonders gut beheizen. In der Anschaffung sind Gasbohlen wegen des nicht benötigten Stromgenerators deshalb etwas günstiger. Wichtiger als die einmaligen Investitionskosten sind jedoch die jährlichen Betriebskosten. Diese setzen sich aus den Kosten für das Aufheizen vor Baubeginn und den Kosten für das Heizen während des Einbaus zusammen. Grundsätzlich ist zu sagen, dass Elektrobohlen während des halbstündigen Aufheizvorgangs mehr Energiekosten verursachen als die gasbeheizten Varianten. Dies lässt sich anschaulich damit erklären, dass der Dieselmotor des Fertigers laufen muss und entsprechend viel Kraftstoff verbraucht. Die Kosten sind von der Baugröße der Bohle abhängig. Im Groben kann der Dieselverbrauch einer 3/4 h unter geringer Motorlast angenommen werden. Daraus ergeben sich Kosten für einen Mittelklassefertiger mit 8 m aufgebauter Bohle von schätzungsweise fünf Liter Kraftstoff je Aufheizvorgang. Während des Einbaus ist der Mehrverbrauch an Kraftstoff relativ gering. Bei einer Gasheizung ist entscheidend, ob diese regelbar ist und sich bei Erreichen der Solltemperatur abschaltet und ob der Fertigermotor während des Aufheizens laufen muss. Gasheizungen ohne eine Regelung sind um ein Vielfaches unwirtschaftlicher als geregelte, elektrische Bohlen. Jedoch sind die Kosten für das Heizsystem eines Fertigers im Verhältnis zu den restlichen Betriebskosten relativ gering. Vor- und Nachteile der verschiedenen Gasbrenner Gasgebläsebrenner Gasgebläsebrenner verbrennen Propangas mit Umgebungsluft und leiten die heißen Verbrennungsgase mithilfe eines Gebläses durch die Bohle. Die Verbrennungsgase werden dabei zum Erhöhen des Volumenstroms mit zusätzlich angesaugter Umgebungsluft vermischt. Das Brennergeräusch ist infolge der eingesetzten Gasdüsen allerdings sehr laut. Die Zusammenhänge zwischen Brenner, eingesetzter Düsengröße, Gebläse und Gasdruck sind sehr komplex. Das System ist von den Herstellern in der Regel auf größte Heizleistung bei noch akzeptablem Verschleiß optimiert. Das Austauschen der Brennerdüsen hat die Folge, dass die Gasleitbleche innerhalb der Bohle punktuell großer Hitze ausgesetzt werden und somit schnell reißen und sich deformieren. Solche beschädigten Bohlenkörper heizen häufig sehr ungleichmäßig. Die Leistung einer Gasdüse steigt quadratisch zum Durchmesser an, wird beispielsweise eine 0,55-mm- gegen eine 0,75-mm-Düse ausgetauscht, verdoppelt dies die Leistung. Es kann die Heizleistung kurzzeitig erhöht werden, wenn beispielsweise außergewöhnlich widriges Wetter vorherrscht. Die Maßnahme hat entsprechenden Einfluss auf den Verschleiß und sollte zeitlich nur begrenzt eingesetzt werden. Am besten eignet sich für die Erhöhung die Steigerung des Gasdrucks. Achtung, ein zu hoher Druck kann eventuell dazu führen, dass die Brenner nicht mehr zünden können. Das Gas-Luft-Gemisch ist dann nicht mehr zündfähig und kann zu Verpuffungen führen!

2.5

Auswahl der Bohle

39

Flammbandheizungen Flammbandheizungen kommen ohne zusätzliche Gebläse aus, indem der Kamineffekt der warmen Abgase ausgenutzt wird. Das Gas wird nicht in einer zentralen Flamme verbrannt, sondern entlang eines Brennrohres in vielen kleineren Flammen in Wärme umgesetzt. Das Gas wird dabei zunächst mit Luftsauerstoff vorgemischt, um darauf an den Austrittsstellen des Brennrohres mit weiterer Luft verbrennen zu können. Die heißen Abgase werden dabei über die Bodenplatten gelenkt. Der Vorteil liegt darin, dass über die gesamte Bohlenbreite gleichmäßig geheizt werden kann. Es ist infolge der fehlenden Brennerdüsen leises Aufheizen und vor allem ein energieeffizientes Heizen möglich (Abb. 2.8). Strahlbrenner Strahlbrenner sind die einfachste Form des Gasbrenners. Die Flamme des Brenners wirkt mehr oder weniger direkt auf die zu heizenden Bodenbleche. Angesichts des begrenzten Wirkradius werden meist mehrere Brenner pro Bohlensegment eingesetzt. Die Brenner müssen in der Regel mit einem Handbrenner (Lötlampe) gezündet werden. Ähnlich zu einem Gasherd sind die Brenner mit einem thermostatischen Sicherheitsgasventil ausgerüstet, das zunächst erwärmt werden muss, bevor das Gas an den Düsen ausströmen kann. Dieselheizung In Europa werden nahezu keine Dieselheizungssyste mehr angeboten. Die Heizung verbrennen handelsüblichen Diesel und sind im Aufbau dem Gasgebläsebrenner ähnlich, bei dem ebenfalls ein heißer Abgasstrom mithilfe eines Gebläses durch den Bohlenkörper geleitet wird. Der Vorteil dieses Konzeptes ist, dass kein zusätzliches Flüssiggas bereitgestellt werden muss. Üblicherweise wird ein Fertiger täglich betankt, sodass die Dieselversorgung

Abb. 2.8 Aufheizen mit Strahlbrenner: Eigenaufnahme, 2010

40

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

für die Heizung parallel erfolgen kann. Nachteilig sind jedoch die starke Rußentwicklung sowie die hohen Kosten für Diesel und Wartung. Diese Gründe führten zu einer allgemeinen Abkehr von der Methode in Europa.

2.5.5

Elektroheizung

Heizstäbe werden zur Beheizung von Bodenplatten und Stampfern eingesetzt. Aber auch die Seitenbegrenzungen sowie die Pressleisten können beheizbar sein. Aus Gründen der Ausfallsicherheit sind auf den Bodenplatten meistens zwei oder mehr Heizstäbe pro Bohlensegment verbaut. Die Heizstäbe sind auf der Bodenplatte sehr gut geschützt und mechanisch nicht sehr hoch belastet. Heizstäbe innerhalb der Stampfer sind dagegen als Verschleißteile zu sehen. Durch starke Vibration und ständige Beschleunigung ist die Lebensdauer begrenzt. Dabei verschleißen die Heizstäbe nicht durch das Heizen an sich, sondern rein aufgrund der Vibrationen oder Übertemperaturen. Es liegt in der Verantwortung des Maschinenführers, die Stampferdrehzahl nur so hoch zu stellen, wie es nötig ist. In den Pressleisten sind die Heizstäbe infolge der hohen Frequenz von mehr als 60 Hz noch stärkeren Belastungen ausgesetzt als in den Stampfern. TECHNIK

True-RMS-Messgerät Die Energie für die Elektroheizung wird durch einen Generator erzeugt, der entweder direkt mit dem Dieselmotor verbunden ist oder indirekt hydraulisch angetrieben wird. Die Spannung beträgt üblicherweise ∼ 230–240 V, aber anders als in der Hausversorgung mit wechselnder Frequenz! Das bedeutet, dass die Spannung nicht mit einfachen Multimetern gemessen werden kann, da diese auf 50 Hz Hausversorgung eingestellt sind. Für eine Fehlersuche kann nur ein True-RMS-Messgerät einsetzen werden. Alle anderen Messgeräte geben einen falschen Wert aus, wenn die Frequenz nicht 50 Hz beträgt!

Die Elektroheizungen funktionieren nach dem Zweipunktregelsystem, was bedeutet, dass diese nur an- oder ausgeschaltet sein können. In der Aufheizphase wird die maximal zur Verfügung stehende Energie auf die Bohle verteilt. Abhängig vom Hersteller kann der Generator dabei auch für begrenzte Zeit über der angegebenen Nennleistung betrieben werden. Wird die Temperaturregelung auf den maximal möglichen Wert gestellt, heizt die Bohle nicht schneller auf. Häufig wird durch eine übertriebene Temperatureinstellung die Regelung außer Kraft gesetzt, etwa wenn die Solltemperatur über der maximal möglichen Temperatur eingestellt ist. Den Regelmechanismus durch Einstellen auf Notbetrieb (oder manuellen Betrieb) zu umgehen, ist nicht zu empfehlen! Je nach Bauart des Heizungssystems

2.5

Auswahl der Bohle

41

überhitzen die Heizstäbe mehr oder weniger schnell und können ausfallen. Mittlerweise sind auch Heizstabtypen in Rundrohrbauform auf dem Markt (ABG), welche bauartbedingt weniger empfindlich als die sogenannten Flachrohr-Heizstäbe sind. Eine neue Entwicklung sind Generatorregler, die über einen Datenbus mit der Maschine verbunden sind. Die eingesetzten Generatoren im Straßenfertiger waren bis dato selbst geregelt und konnten lediglich die Spannung bei zu hoher Temperatur reduzieren, um die Last zu verringern. Digital regelbare Generatoren kommunizieren mit der Maschinensteuerung und senden Messwerte oder empfangen Anforderungen. Für eine bestimmte notwendige Leistung kann der Generator z. B. eine genaue Drehzahlanforderung an das Antriebsaggregat stellen, der Motor dreht dementsprechend nur so hoch wie erforderlich und spart Energie. Umgekehrt kann auch der Generator auf ein maximales Drehmoment begrenzt werden. Damit kann sichergestellt werden, dass andere Funktionen noch ausreichend versorgt werden ohne den Motor zu überlasten. Die elektrische Leistung ist dabei nicht nur in der Frequenz variabel sondern variiert auch in der Spannung um etwa 100 V. TECHNIK

Kontrollmessung mit einem Infrarot-Thermometer Infrarot-Thermometer werden im Straßenbau häufig zum Messen der Mischguttemperatur eingesetzt. Ein Messen der Temperatur von metallisch blanken Gegenständen ist dagegen nicht möglich! Der zu erwartende Messfehler kann mehr als 30 % der angezeigten Temperatur betragen. Dieser überraschend große Messfehler hängt mit dem Prinzip der Messung zusammen. Das Thermometer misst die Temperatur als „Farbe“ des zu messenden Gegenstandes. Metallische Flächen wirken wie ein Spiegel für Infrarotstrahlung. Im sichtbaren Bereich des Lichts ist dies vergleichbar mit der Frage nach der Farbe eines Spiegels, welche auch nicht beantwortet werden kann. Wichtig ist diese Information für die Fehlersuche an der Maschine. Die Temperatur der Zahnradhydraulikpumpen, welche meist nicht lackiert sind, können somit nicht direkt gemessen werden. Die Temperaturen der lackierten Pumpen dagegen sind sehr wohl messbar. Dabei spielt die Farbe des Lackes weniger eine Rolle als dessen Glanzwert. Im Generellen eignet sich jedoch jede lackierte Fläche mit ausreichender Genauigkeit (±5◦ C) zur Messung auf der Baustelle. Müssen Temperaturen an metallischen Oberflächen gemessen werden, sind die Messpunkte zu lackieren. Hierfür empfiehlt sich erfahrungsgemäß ein mattes Schwarz. Alternativ können auch Papieretiketten aufgeklebt werden. Die Farbe des Papiers ist dabei unwichtig, die infraroten Eigenschaften von Papier sind für diese Messungen stets sehr gut. Für die Temperaturmessung der Bohlenbodenplatten empfiehlt sich ein herkömmliches Kontaktthermometer. Unbehandelt können die Bodenplatten nicht vermessen werden. Dies gilt auch für Messungen mit Infrarotkameras, die nach dem gleichen Prinzip wie ein Infrarot-Thermometer funktionieren.

42

2.5.6

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

Verdichtungseinheiten

Eine Bohle verfügt normalerweise über mindestens eine aktive Verdichtungseinheit. Neben dem Eigengewicht, das passiv wirkt, kann eine zusätzliche Verdichtung durch Vibration sowie vor- bzw. nachgeschaltete Stampfer erfolgen. Je effektiver die Verdichtungseinheiten sind, umso dichter wird das Einbaumaterial eingebaut. In Europa wird dabei zwischen Verdichtungs- und Hochverdichtungsbohlen unterschieden. Bohlen mit zwei oder mehreren aktiven Verdichtungsgeräten werden als Hochverdichtungsbohlen bezeichnet und unterliegen damit nicht mehr den strengen Schallschutzbestimmungen der einfachen Bohlen. In den USA werden in der Regel reine Vibrationsbohlen eingesetzt, da Stampfer für die hohen Einbaugeschwindigkeiten nicht geeignet sind. In Europa wird aufgrund der höheren Qualitätsanforderungen dagegen nahezu ausschließlich mit Stampferbohlen eingebaut. Doppelstampfer und Pressleisten Pressleisten sind Stampfer, die keinen festgelegten Hub ausführen, sondern mit einer definierten Kraft schwingend auf das Material einwirken. Dabei wird der Kontakt zur Oberfläche stets aufrecht erhalten. Im Prinzip übernimmt die Pressleiste die Aufgabe der Walze und verdichtet das eingebaute Material nach. Angetrieben werden die Leisten entweder durch eine Hydraulikanlage, mit der Druckimpulse erzeugt werden, die ein Feder-Zylindersystem in Schwingung versetzt (Vögele), oder durch ein mechanisches Koppeln der Pressleisten an die Vibrationseinheit (Dynapac) (Abb. 2.9). Die Bohlen können dabei mit einer oder zwei hintereinander geschalteten Pressleisten arbeiten (Abb. 2.10). Ein Vorteil dieses Systems besteht darin, dass ein geschlossenes Oberflächenbild im Deckschichteinbau unterstützt wird.

Abb. 2.9 Bohle mit Doppelstampfer (Volvo) l., Bohle mit Stampfer und Nachverdichter (Dynapac) r.: Eigenaufnahmen, 2015/2013

2.5

Auswahl der Bohle

43

Abb. 2.10 Schema Doppelstampfer und Pressleisten

Abb. 2.11 Schema Doppelstampfer

Der Doppelstampfer (Abb. 2.11) ist dagegen vor der Bodenplatte angeordnet (Volvo und Roadtec). Der erste Stampfer dosiert das Material und verdichtet es so zunächst vor, während der nachfolgende zweite Stampfer weitere Verdichtung einbringt. Die Stampfer werden dabei durch eine hydraulisch angetriebene Exzenterwelle gemeinsam angetrieben. Das Prinzip hat den Vorteil, dass zum Ausgleichen von Vertiefungen so viel Material wie notwendig

44

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

eingebracht werden kann. Die Hauptverdichtungsarbeit wird direkt vor den Bodenplatten umgesetzt, Dellen im Untergrund können so gezielt mit mehr Material ausgefüllt werden. Während des Nachverdichtens durch Walzen oder Pressleisten drücken sich Bodenwellen theoretisch entsprechend schwächer wieder in der Oberfläche ab. Bohlen mit Doppelstampfer sind geeigneter für Materialien mit schlechter Tragfähigkeit. Dies ist damit zu erklären, dass die Hauptverdichtung im Bereich der Bohlenvorderkante umgesetzt wird und den Bodenplatten somit weniger Verdichtungsarbeit zufällt. Als Folge stellt sich besonders auf schlecht tragendem Material ein deutlich flacherer Anstellwinkel ein.

2.6

Oberbau

Straßenoberbau (kurz Oberbau) beschreibt den Aufbau einer Straße oberhalb des Planums und besteht aus mehreren Schichten gebundem und ungebundenem Material. Unterhalb des Planums befindet sich der Unterbau oder der Untergrund, die jeweils maschinell verfestigt sein können. Abhängig von Boden- und Frostverhältnissen kann eine Frostschutzschicht (FSS) aus frostsicherem Gestein notwenig sein, welche in diesem Fall die unterste ungebundene Tragschicht des Oberbaus darstellt.

2.6.1

Frostschutzschicht

Die Frostschutzschicht (FSS) ist die erste ungebundene Tragschicht und soll durch einen wasserdurchlässigen Aufbau Frostschäden am Straßenkörper verhindern. Das setzt voraus, dass die eingesetzten Materialien frost- und witterungsbeständig sind. Dazu eignen sich etwa Kies, Sand, Schotter, Splitte, Hochofenschlacke oder recycelte Baustoffe. Wichtig ist, dass der Feinanteil im Gemisch relativ klein ist, um die Wasserabfuhr zu unterstützen. Die Schichtdicke richtet sich dabei nach eingesetztem Material in Bezug auf dessen Frostempfindlichkeit und Tragfähigkeit, der zu erwartenden Verkehrsbelastung sowie der zu erwartenden Frostgefährdung nach Lage und Frosteinwirkungszonen3 .

3 Deutschland ist zur Auslegung des Straßenaufbaus in drei Frostzonen eingeteilt, die von geringer Frostgefährdung (Zone I) bis zur großen Frostgefährdung mit großer Eindringtiefe (Zone III) reichen. Die Einteilung basiert auf dem sehr langen und strengen Winter von 1962/1963. Für die neuen Frosteinwirkungszonen wurden die 30-jährigen Wiederkehrwerte der maximalen Frostindizes ermittelt.

2.6

Oberbau

2.6.2

45

Kies- und Schottertragschicht

Die Kies- und Schottertragschicht kann aus ungebrochenem oder künstlich gebrochenem Material erstellt werden. Die Tragwirkung beruht dabei nahezu vollständig auf der inneren Reibung des Korngerüstes. Die Kiestragschichten erzielen dabei grundsätzlich so hohe Tragfähigkeitswerte wie die Schottertragschichten. Dies lässt sich damit erklären, dass nach der Verdichtung in der Kiestragschicht ein größerer Hohlraumgehalt verbleibt als bei vergleichbaren Schichten aus Schotter. Die damit einhergehende geringere innere Reibung führt zu einer größeren Verlagerungsempfindlichkeit. Der größere Hohlraumgehalt ergibt sich nicht, wie vermutet werden könnte, aus der runderen Form der Körner, sondern ist meist durch einen geringen Ungleichförmigkeitsgrad des ungebrochenen Kieses begründet (vgl. [14]).

2.6.3

Hydraulisch gebundene Tragschichten

Bei hydraulisch gebundenen Tragschichten (HGT) wird das Tragschichtmaterial zusätzlich mit hydraulischem Boden- und Tragschichtbinder (HRB)4 stabilisiert, dessen Hauptbestandteil Zement oder hochhydraulischer Kalk ist. International hat sich der Begriff Cement-Treated Base (CTB) für Zement gebundene Tragschichten etabliert, auch wenn ursprünglich nur Mischungen mit Portland Cement gemeint waren. CTB hat sich besonders in China als Standard für Straßenbauprojekte durchgesetzt. Das fertig vermischte Material wird üblicherweise mit einem Straßenfertiger eingebaut, spezielle CTB-Fertiger sind modifizierte Varianten, die keine Bohlenheizung aufweisen und durch Anpassung der Förderschnecke und der Bohle für die Schichtdicken bis 50 cm ausgelegt sind. Die so behandelten Tragschichten müssen nach dem Einbau noch einige Tage feucht gehalten werden, bevor der weitere Schichtaufbau folgen kann.

2.6.4

Asphalttragschicht

Die Asphalttragschicht (bitumengebundene Tragschicht) ist nach der Kies- bzw. Schottertragschicht die erste Bitumen gebundene Schicht im Oberbau. Die Einbaudicke beträgt mindestens 8 cm, je nach Bauklasse der Straße beträgt die Schichtdicke üblicherweise zwischen 10 und 22 cm. Im vollgebundenen Oberbau5 kann diese auch mehr als 30 cm betragen. Bei zu erwartender geringer Belastung der Straße kann auch auf die Schicht völlig verzichtet werden. Die Asphalttragschicht (Abb. 2.12) soll die aus dem Straßenverkehr resultierenden Lasten großflächig an die darunterliegenden Schichten verteilen und ist deswegen deutlich

4 HRB steht für „Hydraulic Road Binder“. 5 Vollgebundener Oberbau: Die Asphalttragschicht wird direkt auf das Planum aufgebaut ohne die Verwendung von Schottertragschichten oder einer Frostschutzschicht.

46

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

Abb. 2.12 Schematische Darstellung der einzelnen Schichten des Straßenaufbaus mit Asphaltdeckschicht

stärker ausgeführt als die nachfolgenden Asphaltschichten. Die Tragschicht wird hauptsächlich Druckspannungen ausgesetzt, der Anteil an Schubspannungen, die aus dem Beschleunigen oder Abbremsenden der Fahrzeuge resultieren und horizontale Spannungen darstellen, sind in dieser Tiefe der Straße gering. Deswegen kann hier relativ günstiger und grobkörniger Asphalt (22 oder 32er Größtkorn) eingesetzt werden. Die Haltbarkeit der Tragschicht wird dabei mit 50 Jahren angegeben.

2.6.5

Asphaltfundationsschicht

Die Asphaltfundationsschicht kann sowohl als Ersatz für eine Asphalttragschicht als auch für ungebundene bzw. hydraulisch gebundene Schichten eingesetzt werden. Die Schicht wird dabei vollständig mit Ausbauasphalt erstellt, bei dem es sich um Material handelt, das beim Abfräsen von Straßen anfällt und zum erneuten Einbau entsprechend aufbereitet wird. Asphaltfundationsschichten können sowohl heiß als auch in speziellen Verfahren kalt eingebaut werden (siehe Kaltrecycling), entsprechen aber nicht den Anforderungen der ZTV Asphalt-StB6 , näheres regelt das Merkblatt für Asphaltfundationsschichten im Heißeinbau (FGSV). Je nach Verfügbarkeit von Ausbauasphalt ist ein wirtschaftlicher Einsatz dieser Schicht möglich. Für den Einsatz von Asphaltfundationsschichten ist mit der Veröffentlichung eines neuen Merkblattes (FGSV) in 2020 zu rechnen.

6 Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Tragschichten im Straßenbau.

2.6

Oberbau

2.6.6

47

Asphaltbinderschicht

Die Binderschicht stellt den Übergang von der Asphalttragschicht zur nachfolgenden Deckschicht her. Dabei ist es wichtig, dass alle Asphaltschichten einen kompakten Baukörper bilden, damit die Belastungen aus dem Straßenverkehr gut in den Untergrund abgeleitet werden. Die Anteile der Schubspannungen haben ihr Maximum innerhalb der Binderschicht, weswegen hier ein hochwertiger Asphalt eingesetzt werden muss. Ursprünglich war die Aufgabe dieser Zwischenschicht, eine Verbindung zwischen der ungebundenen Schottertragschicht und der Deckschicht herzustellen, die entsprechend tragfähig und eben sein soll. Aus der Aufgabe leitet sich der heute gebräuchliche Name Binderschicht ab, auch wenn heute die Schicht auf der Asphalttragschicht aufliegt. Die Oberflächenebenheit der fertigen Straße wird schon maßgeblich mit der Binderschicht festgelegt. Ein Ausgleich von Lagefehlern und Unebenheiten ist mit der nachfolgenden Deckschicht nur noch sehr bedingt möglich. Die Korngröße der Binderschicht liegt mit einer Korngröße von 11−22 mm zwischen der Tragschicht und der Deckschicht.

2.6.7

Asphaltdecke

Die Asphaltdecke (kurz Decke) kann aus einer Asphaltdeck- und Asphaltbinderschicht oder nur aus einer Asphaltdeckschicht bestehen und bildet den Abschluss des Straßenaufbaus. Die Asphaltdeckschicht ist somit direkt den Einflüssen des Straßenverkehrs, der Witterung und Sonneneinstrahlung sowie dem Auftaumittel ausgesetzt. Generell gilt, dass für die meisten Straßen eine ausreichende Griffigkeit notwendig ist, um den notwendigen Kraftschluss zwischen Reifen und Straße gewährleisten zu können. Daraus ergeben sich Anforderungen an das eingesetzten Gesteinskörnungen, welche eine ausreichende Polierresistenz besitzen müssen. An die Asphaltdeckschicht können zudem noch sehr unterschiedliche Anforderungen gestellt werden, die eine Vielzahl spezieller Asphaltmischungen hervorgebracht haben. Zum einen können die Asphalte nach ihrer Verarbeitungsmethode unterschieden werden. Dazu zählt die Gruppe der Gussasphalte, welche nicht zusätzlich verdichtet werden müssen, sowie die Gruppe der Walzasphalte, die durch Abwalzen endverdichtet werden müssen. Andererseits wird nach speziellen Eigenschaften wie etwa der Farbe, der Wasserdurchlässigkeit oder der Festigkeitseigenschaft unterschieden. Dazu zählen beispielsweise die Farbasphalte, der wasserdurchlässige Asphalt oder die halbstarren Deckschichten. Die Schichtdicke auf Straßen beträgt üblicherweise etwa 4 cm, kann aber je nach eingesetzter Korngröße geringfügig nach oben und unten abweichen. Innerhalb des Straßenquerschnitts ist die Lebensdauer der Asphaltdeckschicht am geringsten und muss deswegen regelmäßig erneuert werden, um den gesamten Straßenaufbau zu erhalten. Übliche Nutzungsdauern, außer für Offenporige Asphalte, liegen zwischen 15 und 20 Jahren.

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2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

INFO

Asphaltproduktion in Deutschland und Europa Aktuell werden in Deutschland jährlich etwa 40 Mio. t Asphalt produziert. Der Anteil von wiederaufbereitetem Asphalt liegt bei etwa 84% (vgl. [104]) Die Dimension des jährlich verbauten Asphalts wird deutlich, wenn dies in eine übliche sechs Meter breite Landstraße umgerechnet wird. Dabei würde die Asphaltproduktion für rund 10.000 km Landstraße ausreichen. Die Asphaltproduktion in Deutschland unterliegt jedoch starken Schwankungen. Der Straßenbau und somit der Hauptabnehmer für Asphalt ist von staatlichen Investitionen in Infrastruktur abhängig. Die Produktion hat 2014 mit weniger als 39 Mio. t Asphalt einen historischen Tiefstand seit der Wiedervereinigung erreicht und sich seit dem nur wenig gesteigert. In den 90er Jahren lag die Produktion noch bei durchschnittlich 64 Mio. t Asphalt. In Europa wurden 2017 insgesamt 297 Mio. t Asphalt produziert [106]. Mehr als die Hälfte (58 %) entfiel dabei auf die Sorten der Asphaltdeckschichten. Dies zeigt deutlich, dass in Europa vor allem die Erhaltung des Straßennetzes im Vordergrund steht.

2.6.8

Asphaltbeton

Zu den am meisten eingesetzten Asphaltmischgutarten für Asphaltdeckschichten gehören Asphaltbeton und Splittmastixasphalt. Der Asphaltbeton enthält kein, wie der Name nahelegen könnte, hydraulisches Bindemittel7 , sondern beschreibt in diesem Fall eine ähnliche Sieblinie wie Beton. Die Sieblinie weist eine stetige Abstufung aller Korngrößen auf und besitzt deswegen einen geringen Hohlraumgehalt von 3–5 Vol.-%8 . Asphaltbetondeckschichten werden eher bei geringeren Verkehrsbeanspruchungen eingesetzt. Seit einigen Jahren sind aber splittreiche Asphaltdeckschichten auf dem Markt, diese sind auch bei höherer Beanspruchung (z. B. Kreisverkehrsplätze) einsetzbar. Asphaltbeton kennzeichnet sich durch eine feine Oberflächentextur aus, die maßgeblich durch den hohen Sandgehalt und den großen Anteil (40–50 M.- %)9 feiner Gesteinskörnungen (≤ 2, 0 mm) bei einem gleichzeitigen Füllergehalt10 von unter 10 M.-%, bestimmt wird11 (Abb. 2.13). 7 Sowohl an Luft als auch unter Wasser härtende Bindemittel wie zum Beispiel Zement, Mischbinder

oder hydraulischer Kalk. 8 Volumenprozent, Abk. Vol.-%. 9 Masseprozent, Abk. M.-%. 10 Füller; Gesteinsmehl einer Korngröße kleiner 0,09 mm. Mit dem Füller kann ein Teil des Bitumens ersetzt und somit der entstehende Asphaltmastix oder Gußasphalt versteift werden. Ist in dem zu bearbeitenden Gesteins- bzw. Bodenmaterial diese Korngröße bereits vertreten, so ist dieser Anteil dem Füllkorn zuzurechnen [18]. 11 vgl. [17].

2.6

Oberbau

49

Abb. 2.13 Struktur von Asphaltbeton mit gleichmäßig abgestufter Kornzusammensetzung, gleiche Korngrößen sind durch kleinere voneinander getrennt

Der Splittmastixasphalt (SMA) wurde Ende der 1960er-Jahre im Zentrallaboratorium der Strabag-Bau-AG von Dr.-Ing. Zichner als Spike resistenter Belag entwickelt [19]. 1968 wurde der Belag erstmals in Deutschland eingesetzt und 1984 in die ZTV bit-StB 8412 aufgenommen. Spike-Reifen sind heute in Deutschland verboten, aber Splittmastix hat sich als verschleißfestes Deckschichtmaterial durchgesetzt.

2.6.9

Splittmastixasphalt

Splittmastixasphalt bezeichnet eine Asphaltmischgutart, die 70–80 M.-% Edelsplitt und überverhältnismäßig viel Bitumen und Füller enthält. Die Sieblinie beschreibt in diesem Fall eine Ausfallkörnung13 in den kleinen Kornklassen. Der Splitt bildet ein in sich stabiles Korngerüst, das dem Asphalt die gewünschte hohe Standfestigkeit und geringe Verformbarkeit verleiht. Die Zwischenräume werden dabei durch das Füller-Bitumen-Gemisch bis auf ein Restvolumen von 3–5 Vol.-% ausgefüllt [18]. Der hohe Bindemittelgehalt von mehr als 6,5 M.-% kann nur durch stabilisierende Zusätze sichergestellt werden, sodass das Bitumen bei Herstellung, Transport und Einbau nicht abläuft. Die Zusätze stabilisieren dabei nicht den Asphalt, sondern binden das Bitumen, um eine homogene Mischung zu erhalten (Abb. 2.14). Zu den Anfängen des Splittmastixasphaltes wurden für das Binden des Bitumens gesundheitsschädliche Asbestfasern eingesetzt, heute werden überwiegend Cellulosefasern verwendet, aber auch mit natürlichen und künstlichen Kieselsäuren, Gummimehlen oder Polymeren liegen zum Teil gute Erfahrungen vor [19]. Das Gemisch aus Bindemittel, Füller, Sand und den stabilisierenden Zusätzen wird als Mörtel oder Mastix bezeichnet, das zu dem Namen des Asphalts führt.

12 Zusätzliche technische Vorschriften und Richtlinien für den Bau bituminöser Fahrbahndecken:

ZTV bit-StB 84. 13 Ausfallkörnung beschreibt ein Gemisch, in dem bestimmte Korngrößen fehlen oder mit nur einem sehr geringen Anteil vorliegen. Die Sieblinie weist im Bereich der fehlenden Korngrößen einen waagerechten Verlauf aus.

50

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

Abb. 2.14 Struktur von Splittmastixasphalt. Grobe Splittkörnungen bilden ein in sich abgestütztes Korngerüst, die Hohlräume sind bis auf ein geringes Porenvolumen mit bindemittelreichem Mastix angefüllt

2.6.10 Gussasphalt Der Gussasphalt gehört nicht, wie die vorherigen Asphalte, zu den Walzasphalten, welche nach dem Einbau zunächst grundsätzlich durch Abwalzen weiter verdichtet werden müssen. Gussasphalt ist im heißen Zustand flüssig und kann zum Einbau gegossen oder gestrichen werden. Die in Deutschland produzierten Mengen werden jedoch nur zu einem kleinen Teil als Straßenbelag verwendet, der überwiegende Teil findet als Bodenbelag oder Abdichtung im Hochbau Verwendung. Im Gegensatz zu Splittmastixasphalt haben die groben Gesteinskörnungen keinen direkten Kontakt zueinander, sondern schwimmen in einer Umgebung aus Bitumen, Sand und Füller. Hinzu kommen viskositätsverändernde Zusätze, die einen temperaturabgesenkten Einbau erlauben (siehe Niedrigtemperaturasphalt). Die Verformungsbeständigkeit von Gussasphalt wird durch die Wahl einer sehr harten Bitumensorte (6,6–8,5 M.-%) und des Brechsand/Natursand-Verhältnisses erreicht. erreicht. Je härter die eingesetzte Bitumensorte ist, umso höher ist die notwendige Einbautemperatur, die mehr als 250 ◦ C betragen kann und somit etwa 100 ◦ C über der Einbautemperatur von Walzasphalt liegt. Da die Abgabe von gesundheitsschädlichen Aerosolen14 und Dämpfen stark mit der Verarbeitungstemperatur zusammenhängt, werden heute in Deutschland nur

Abb. 2.15 Struktur von Gussasphalt, Splitt und grobe Sandkörner schwimmen in einem hohlraumfreien Feinmastix

14 Aerosol bezeichnet die feinste Verteilung von festen oder flüssigen Schwebeteilchen in der Luft (Gas).

2.7 Verdichtung im Straßenbau

51

noch temperaturabgesenkte Gussasphalte eingesetzt, die bei einer Temperatur zwischen 200 und 240 ◦ C verarbeitet werden (Abb. 2.15).

2.7

Verdichtung im Straßenbau

Im Straßenbau wird zunächst in bitumen- und hydraulisch gebundene Schichten sowie ungebundene Schichten unterschieden. Zu den ungebundenen Tragschichten gehören z. B. Kiestragschichten, Schottertragschichten und Frostschutzschichten. Zu den gebundenen Tragschichten gehören hydraulisch gebundene Tragschicht (HGT), Asphalttragschicht und Betontragschicht. Jede dieser Schichten muss so hergestellt werden, dass eine ausreichende Tragfähigkeit für den späteren Straßenverkehr gegeben ist. Die Verdichtung hat dabei die Aufgabe, die Tragfähigkeit der jeweiligen Schichten so weit zu verbessern, dass diese den späteren Belastungen dauerhaft ohne allmähliche Verformung standhalten kann. Auch wenn im Straßenbau sowohl Bitumen-gebundene Materialien als auch ungebundene SchotterSchichten und Boden verdichtet werden müssen, handelt es sich in allen Fällen um ein Drei-Phasen-Gemisch. Die Phasen bestehen aus den Gesteinskörnern (Festsubstanz), den Luft-Poren und dem Wasser bzw. Bitumen. Die Verdichtung beschreibt den Vorgang, Material zu komprimieren, indem es den Luftanteil reduziert, ohne die Körner zu zertrümmern oder die Kornverteilung zu ändern. Auch wenn das Prinzip der Verdichtung von ungebundenem und gebundenem Material ähnlich ist, muss in der Definition der Verdichtung unterschieden werden.

2.7.1

Verdichtung von Böden und ungebundenen Schichten

Zunächst wird die Dichte von ungebundenem Material und Böden folgendermaßen definiert: Verdichtung bedeutet eine Verringerung des Porengehaltes, was zu einem stabileren Zustand des Korngerüstes führt. Dadurch erhöhen sich Reibungswinkel und Steifemodul so, dass die Tragfähigkeit steigt und die Verformbarkeit abnimmt [34]. Dabei hängt die Verdichtbarkeit im Generellen von der eingebrachten Verdichtungsleistung, dem Material und dem Wassergehalt ab. Proctorversuch Im Versuch nach Proctor15 wird der Einfluss des Wassergehaltes auf die Verdichtbarkeit von Böden untersucht. Ein feuchter Boden kann vergleichsweise mit weniger Energie als ein trockener verdichtet werden. Das Wasser wirkt zwischen den Körnern reibungsreduzierend und vereinfacht die Kornumlagerung. Der Effekt nimmt jedoch bei Überschreiten eines gewissen Wasseranteils wieder ab. In dem Fall nimmt das Wasser die Verdichtungsarbeit auf und unterstützt nicht mehr die Kornumlagerung. 15 Ralph Roscoe Proctor, US-amerikanischer Bauingenieur (1894–1962).

52

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

Im Proctorversuch nach DIN 18 127 werden Bodenproben mit verschiedenem Wassergehalt durch ein Fallgewicht verdichtet. Durch das definierte Fallgewicht, die festgelegte Fallhöhe und die Anzahl von Fallauslösungen wird die Verdichtungsenergie definiert. Wird die erreichte Trockendichte (ρd ) den einzelnen Versuchen mit den jeweiligen Wassergehalten (w in %) zugeordnet, ergibt sich eine Kurve, die ein Maximum aufweist. Das Maximum gibt den günstigsten Wassergehalt für die Verdichtung des untersuchten Bodens an. Dabei ist die erreichte Dichte jedoch nicht unbedingt die maximal erreichbare Dichte. Der Verdichtungsgrad (D pr ) eines Bodens wird im Verhältnis zur der im Proctorversuch erreichten Verdichtung dargestellt: ρd · 100 % ρ pr md ρ = ρd = V 1+w m md = 1+w

D pr =

(2.3) (2.4) (2.5)

(ρ Dichte, m Masse, w Wassergehalt der feuchten Bodenprobe) Mit dem Bezugswert kann die Lagerungsdichte eines Bodens auf der Baustelle bestimmt werden. Die zu erreichenden Verdichtungsgrade sind in der ZTVE-StB16 festgelegt und betragen mindestens 95% (Abb. 2.16). Abb. 2.16 Ermittlung des optimalen Wassergehalts durch Auftragen der Proctordichte über den Feuchtegehalt des Bodens

16 Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau.

2.8 Verdichtung von Asphalt

2.8

53

Verdichtung von Asphalt

Zunächst ist Verdichtung als Erhöhen der Lagerungsdichte eines Stoffes definiert. Es ist leicht nachvollziehbar, dass ein aufgelockertes Gemisch zunächst durch äußeren Druck leicht verdichtet werden kann. Bis zu einem gewissen Grad gilt die Vereinfachung: Großer Druck hat eine hohe Verdichtung zur Folge. Im Fall von Asphalt liegt die geforderte Endverdichtung jedoch bei nur noch 3−6 % Hohlraumgehalt. Der zu betreibende technische Aufwand um von 90 %- Marshalldichte auf die geforderte Zielverdichtung von 96−97 % zu gelangen, ist exponentiell steigend mit der Zunahme der Verdichtung. Veranschaulichen lässt sich dies daran, dass der Hauptteil der Verdichtung durch den Straßenfertiger umgesetzt wird (Anlieferung mit 70 %, Einbau mit 90 %) aber mehrere Walzen für die Endverdichtung nötig sind, um die letzten Prozente der Verdichtung zu erzielen. In der Praxis werden eine Vielzahl von verschiedenen Verdichtungsmechanismen genutzt, von denen jedoch die genauen Wirkprinzipien nicht vollständig wissenschaftlich erklärt werden können. Die technische Entwicklung der Hersteller basiert häufig auf empirisch getesteten Konzepten, die in realen Straßenbauprojekten getestet werden. Asphalt ist für die Baumaschinenhersteller ein sehr schwierig zu testendes Material. Der Walzasphalt im Straßenbau kann nur heiß verarbeitet werden und ist damit nur mit sehr viel Aufwand wiederaufbereitbar, somit wird der Einbautest meist nur mit Ersatzmaterial ausgeführt. Dabei handelt es sich im einfachsten Fall um ein wassergebundenes SandSchottergemisch, das ein ähnliches Einbauverhalten wie Asphalt aufweist. Ein Einbautest mit Asphalt ist auch für große Baumaschinenhersteller nur in Ausnahmefällen oder bei betriebseigenen Baumaßnahmen finanziell tragbar. Prototypen neuer Straßenfertiger oder Walzen werden deswegen relativ früh in der Entwicklung auf Baustellen getestet. Reproduzierbare Ergebnisse sind wegen des Zusammenspiels von Umwelteinflüssen, wie etwa Temperatur und Wind, sowie der Vielzahl verschiedener Asphaltsorten nur bedingt erzielbar. Der überwiegende Teil aller Veröffentlichungen im Bereich Straßen- und Erdbau sowie der Werkstoffforschung konzentrieren sich häufig auf die Bestätigung rheologischer17 Modelle zu der Standfestigkeit von Asphaltbauwerken, wie beispielsweise der Neigung zur Spurrinnenbildung in Abhängigkeit von der Verkehrsbelastung. Die Unterschiede in den Asphaltmischungen sind so signifikant, dass keine allgemeinen Aussagen über den Einfluss verschiedener Einbauparameter getroffen werden können.

17 Rheologie wurde 1929 durch den amerikanischen Professor Bingham geprägt. Die Wissenschaft

beschäftigt sich mit der Erforschung der Verform- und Fließeigenschaft jener Stoffe, die nicht den klassischen Gesetzen der Viskosität und Elastizität gehorchen, wie sie von Isaac Newton bzw. Robert Hooke im 17. Jahrhundert beschrieben wurden [33].

54

2.8.1

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

Eigenschaften von Walzasphalt

Walzasphalt weist im Gegensatz zu Gussasphalt einen Resthohlraumgehalt auf und besteht somit aus den drei Phasen (vgl. [25]): • Mineralstoffgemisch: feste Phase • Bitumen: flüssige Phase • Resthohlraumgehalt: gasförmige Phase Im unverdichteten Zustand dominieren die Eigenschaften des Mineralstoffgemisches. Der Asphalt verhält sich während des Transports im Lkw und bei der Verteilung durch den Fertiger wie ein Mineralstoffgemisch und kann zu Entmischungen neigen. Durch die Bohle wird das dreiphasige Asphaltgemisch zunächst verdichtet und anschließend mit den Walzen endverdichtet. Im verdichteten Zustand treten je nach Zusammensetzung und Verdichtungsgrad entweder die Eigenschaften des Mineralstoffgemisches oder des Bitumens in den Vordergrund [25]. Dagegen füllt der Bitumen und Füller im Gussasphalt nahezu alle Hohlräume zwischen den Körnern vollständig aus und führt zu einem holraumfreien, fließfähigen ZweiPhasen-Gemisch.

2.8.2

Stand der Forschung zu Asphalt und Bitumen

Asphalt und Pech gehören zu den superzähen Flüssigkeiten, deren Fließgeschwindigkeit bei Raumtemperatur so gering ist, dass es scheinbar fest ist. Zur Demonstration dieser Eigenschaft wurden erstmals 1902 im Royal Scottish Museum ein Pechtropfenexperiment als Langzeitversuch begonnen, das bis heute andauert (siehe Abb. 2.17). Das Pech wurde warm in einen Trichter gefüllt. Erkaltet ist es eine superzähe Flüssigkeit und tropfte in 100 Jahren zweimal aus dem Trichter. Ein 1927 an der australischen Universität Queensland begonnener Versuch mit einer anderen Trichterform tropft dagegen etwa alle 10 Jahre. Die Wissenschaft beschäftigt sich schon seit Langem mit theoretischen Modellen, welche die stofflichen Eigenschaften von Asphalt und Bitumen beschreiben. Dabei liegt die besondere Schwierigkeit im Abbilden der visko-elastischen Eigenschaft des Bitumens und der Asphaltgemische. Die Viskoelastizität beschreibt dabei die zeit-, temperatur- und frequenzabhängige Elastizität von Bitumen und ist an dem elastischen, aber auch viskosen Verformungsverhalten des Bitumens erkennbar. Hauptsächlich wird versucht, das Verhalten von Bitumen mit Hilfe von zeitabhängigen Moduln, nicht linearen Korrespondenzprinzipien, molekularen Theorien oder mechanischen Analogien möglichst genau abzubilden. Dabei wurde sich in den Untersuchungen nahezu ausnahmslos auf die Dehnungsbereiche des Bitumens konzentriert, die annähernd lineares Verhalten zeigen. Nur wenige Studien untersuchen das Verhalten von Bitumen unter größeren Spannungen, bei dem es kein lineares Verhältnis mehr zeigt.

2.8 Verdichtung von Asphalt

55

Abb. 2.17 Seit 1902 andauerndes Pechtropfenexperiment im Royal Scottish Museum: Eigenaufnahmen, 2019

Das dynamische Verhalten von Bitumen ist bei kleinen Dehnungen nahezu linear und gut verstanden. Dagegen sind die zurzeit entwickelten Modelle für das nicht-lineare Verhalten aufgrund ihrer Komplexität und des umfangreichen Kalibrieraufwandes noch nicht praxistauglich [24]. Als allgemein anerkannt gilt das lineare, elastische Verhalten von Asphalt bei kleinen Drücken. Das in den 1950er-Jahren entwickelte Kolloidal-Modell erklärt den Einfluss der Zusammensetzung auf die Stoffeigenschaften anhand des mechanischen Verhaltens von Bitumen. Nach Van de Poel (1959) ist die Steifigkeit von Asphalt eine Funktion der Steifigkeit des Bitumens und des volumetrischen Anteils der Gesteinsphasen. Nach Deshpande and Cebon (1999) hat Asphalt bei konstanter Belastung ein ähnliches Kriechverhalten wie reines Bitumen. Die Gesteinsphase wirkt dabei lediglich versteifend in der Mischung [24]. Das zu Spurrinnen führende Kriechverhalten von Asphalt wird durch hohe Temperaturen und kurze Lastimpulse begünstigt. Unter diesen Voraussetzungen können keine linearen visko-elastischen Modelle angewendet werden. Die Modelle zur Beschreibung des Kriechverhaltens leiten sich aus Materialproben basierenden Kriechtests ab, die unter Laborbedingungen durchgeführt wurden. Damit die Modelle den tatsächlichen Feldmessungen entsprechen, sind jedoch kalibrierende Faktoren zu bestimmen. Fitzgerald und Vakili (1973), Lai und Anderson (1973), Vakili (1983) und Vakili (1985) versuchten, die linearen viskoelastischen Modelle mit nicht-linearen Anteilen zu ergänzen, um das Verhalten von Asphalt über den kompletten Belastungsbereich darstellen zu können. Auch hier ist die Komplexität und die Anzahl der notwendigen Materialdaten entsprechend umfangreich, sodass es kaum möglich scheint, das Verhalten von Asphalt in der Realität genau genug abbilden zu können. In neueren Modellen wird versucht, thermodynamische Theorien in die nicht-linearen

56

2 Konstruktive Grundlagen des Straßenbaus

visko-elastischen Modelle einzubringen, die jedoch nicht weniger aufwendig kalibriert werden müssen [24]. Mit Einzug der Computertechnik werden auch Modelle mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) aufgestellt, die jedoch auch noch keine umfangreichen Erklärungsmodelle liefern konnten. Abschließend ist festzuhalten, dass trotz vielversprechender Ergebnisse einiger Studien zum Verhalten bei kleinen Belastungen bis jetzt noch keine umfassende Erklärung zum Eindrückverhalten von Bitumen bei großen Belastungen gefunden werden konnte.

2.8.3

Einbauverhalten von Asphalt

Während des Baus einer Straße ist das Verdichtungsverhalten von Asphalt bei hohen Temperaturen von entscheidender Bedeutung. Nur wenn die Verdichtungsprinzipien verstanden sind, können auch effiziente und somit wirtschaftlichere Verdichtungsmechanismen systematisch entwickelt werden. In der Praxis wird vereinfacht zwischen verdichtungsunwilligem und verdichtungswilligem Asphalt unterschieden. Ein großer Anteil an grobem Splitt, viel Brechsand und ein hartes Bitumen führen zu einem nur schwer verdichtbaren Asphalt, während eine Mischung aus wenig Splitt, viel Natursand und einem weichen Bitumen zu einer sehr gut verdichtbaren Mischung führt, welche später aber nur eine geringere Standfestigkeit aufweist. Beispielsweise ist Splittmastixasphalt (SMA), der häufig wegen guter Verschleißund Verformungseigenschaften als Deckschicht Verwendung findet, aufgrund des hohen Splittanteils und des steifen Mörtels schwierig zu verdichten. Im allgemeinen rheologischen Modell nach KRASS für Asphalt werden die Verformungsanteile in zeitlich abhängige und unabhängige Anteile aufgeteilt. Verformung bzw. Verdichtung kann zu einem Teil sofort ohne zeitliche Verzögerung eintreten und zu einem weiteren Teil als viskoser Verformungsanteil mit einer zeitlichen Verzögerung. Beide Verformungsanteile weisen sowohl einen reversiblen als auch einen irreversiblen Verformungsanteil auf (Tab. 2.3).

Tab. 2.3 Allgemeines rheologisches Modell für Asphalt nach KRASS [29] und HUSCHEK [27]

2.8 Verdichtung von Asphalt

57

Ziel der Verdichtung durch Einbaubohlen und Walzen ist, eine irreversible Verformung der Asphalte zu erzielen. Verdichtungsunwilliges Material benötigt zum einen viel Energie, um die innere Reibung zu überwinden, zum anderen intensivere Verdichtung (mehr Walzübergänge), weil der reversible Verformungsanteil vergleichsweise hoch ist. Nach HUSCHEK ist jedoch eine hohe Verdichtung nicht direkt mit einer hohen Standfestigkeit gleichzusetzen. Versuche sowohl an entnommenen Bohrkernen als auch hergestellten Maschallkörpern haben gezeigt, dass auch die Art und Weise, wie die Verdichtung herbeigeführt wurde, einen deutlichen Einfluss auf das Kriechverhalten (Spurrinnenbildung) des Asphalts aufweist. Temperatureinfluss Belastungen bei hohen Temperaturen führen überwiegend zu einer viskosen Verformung von Asphalt, während Belastungen bei niedrigen Temperaturen zu elastischen Verformungen führen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Bitumen aus einer Vielzahl von verschiedenen langkettigen Kohlenwasserstoffen besteht und kein fester Schmelzpunkt definiert werden kann. Vielmehr handelt es sich um einen Schmelzbereich, bei dem das Bitumen mit zunehmender Temperatur alle Zustände von fest über zähflüssig bis hin zu dünnflüssig durchläuft. Analog zu diesem Verhalten sind die Übergänge von Asphalt zwischen elastischem und plastischem Verhalten ebenfalls fließend. Eine hohe Einbautemperatur sorgt für einen hohen plastischen Verformungsanteil und erhöht die Verdichtungsleistung der Bohle bzw. der Stampfer. Niedrige Temperaturen und kurze Lastimpulse, wie sie durch den Straßenverkehr eingebracht werden, führen hauptsächlich zu elastischer Verformung. Ebenso wie die Verformung durch Belastungen weist auch die anschließende Rückverformung einen zeitabhängigen viskoelastischen und einen sofortigen reversiblen Bereich auf. Nach EHRHARDT [30] ist für Deckschichten unter ca. 30 ◦ C nur noch rein elasto-plastisches Verhalten von Asphalt zu beobachten. Einfluss der Belastungsdauer Neben der Temperatur ist die Belastungsdauer beziehungsweise bei sehr schnell wechselnder Belastung die Frequenz ein entscheidender Faktor bei der Verformung von Asphalt. Eine längere Belastungsdauer führt, aufgrund der viskosen Materialeigenschaft, zu einer Verminderung der Steifigkeit. In der Praxis ist der Zusammenhang zwischen Walzgeschwindigkeit und erreichbarer Verdichtung bekannt, ein langsameres Walzen verdichtet stärker als mehrfache, sehr schnelle Überfahrten. Für die Einbaugeschwindigkeit des Fertigers gilt dieser Zusammenhang nur bedingt, hier erfolgt die Hauptverdichtungsarbeit mit Hilfe der Stampfer und weniger durch die statisch wirkenden Bodenplatten der Bohle. Wahrend der Einbaupausen eines Fertigers kann jedoch ein Einsinken der Bohle beobachtet werden, sofern diese nicht durch den Fertiger in Position gehalten wird. Hier führt eine lange Belastungsdauer während der Einbauunterbrechung zu ungewollter Verdichtung und verdeutlicht, dass auch bei hohen Einbautemperaturen die Belastungsdauer eine entscheidende Rolle spielt.

3

Einsatzplanung für die Baustelle

Vor jeder Straßenbaustelle müssen die benötigten Maschinen und deren Anzahl genau geplant werden. Eine Straße sollte immer in einem kontinuierlichen Einbauvorgang gebaut werden. Für eine gut geplante Baustelle sollte die Anzahl der Fertiger, Walzen und Baustellenkipper für den Materialtransport aufeinander abgestimmt sein. Dabei fällt dem Fertiger eine Schlüsselrolle zu. An dessen Kapazität sollten sich die eingesetzten Baustellenkipper und Walzen orientieren, damit ein kontinuierlicher Einbau möglich ist. Bei sehr großen Baustellen muss zudem die Kapazität der Asphaltmischanlage mit berücksichtigt werden. © Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2020 M. Kappel, Angewandter Straßenbau, https://doi.org/10.1007/978-3-658-29470-0_3

59

60

3 Einsatzplanung für die Baustelle

Sind auf der Baustelle nicht genug Walzen verfügbar, muss eventuell die Einbaugeschwindigkeit des Fertigers reduziert werden. In der Praxis ist dies jedoch meist schwer zu vermitteln. Für eine optimale Verdichtung sollten die Walzen im noch heißen Material dicht hinter dem Fertiger mit der Verdichtung beginnen. Eilt der Fertiger voraus, kommen die Walzen mit der Arbeit nicht hinterher, bis der Fertiger wieder stoppt. Die Folge sind Schwankungen in der Verdichtung. Häufig kann beobachtet werden, dass die Fertiger nicht kontinuierlich einbauen, während die Walzen kontinuierlicher arbeiten. Mit einer eingespielten Einbaumannschaft und ausreichend Lkw für die Materialversorgung, sollten sich Einbaufehler, die auf Einbauunterbrechungen zurückzuführen sind, vermeiden lassen.

3.1

Baustellenkipper und Einbaugeschwindigkeit

Die maximale Anzahl der zum Materialtransport eingesetzten Baustellenkipper ist abhängig von der Kapazität und Entfernung der Baustelle zu den verfügbaren Mischwerken. Die Zahl der erforderlichen Baustellenkipper ist relativ einfach zu bestimmen. Aus eingebauter Schichtdicke, Einbaugeschwindigkeit und Breite lässt sich der Materialbedarf pro Stunde ermitteln. Um einen kontinuierlichen Einbau gewährleisten zu können, sollte die Einbaugeschwindigkeit an die mögliche Materiallieferung angepasst sein. Es macht wenig Sinn, mit maximaler Einbaugeschwindigkeit zu arbeiten, um anschließend auf den nächsten Baustellenkipper mit Mischgut warten zu müssen. Wieviel Einbaumaterial durch die Kipper geladen werden kann, ist abhängig vom maximal zulässigen Gesamtgewicht. In Deutschland sind regulär 40 t auf öffentlichen Straßen zulässig. Für übliche Sattelzüge ergibt sich eine Zuladung von etwa 25−27 t. Wird das Mischgut nicht über öffentliche Straßen transportiert, kann die Zuladung auch deutlich mehr betragen. Allerdings kommt dies meist nur bei Großprojekten vor, welche direkt durch mobile Mischwerke in unmittelbarer Nähe der Baustelle versorgt werden.

3.1.1

Wie hoch ist die Einbaumenge pro Stunde?

E=

W L E x

(x − 1) · L · 30 W

= Einfacher Weg in Minuten (min) = Ladung pro Baustellenkipper in Tonnen (t) = Einbaumenge pro Stunde (h) = Anzahl der Baustellenkipper (Lkw)

(3.1)

3.1

Baustellenkipper und Einbaugeschwindigkeit

61

In der Formel wird davon ausgegangen, dass ein Kipper stets den Fertiger versorgen muss und nicht unterwegs sein kann. Beispiel mit x = 3, L = 10 t, W = 12 min (3 − 1) · 10 · 30 12 E = 50 in t/h E=

3.1.2

(3.2) (3.3)

Wie viele Kipper werden benötigt? x=

E·W L · 30

(3.4)

Beispiel mit E = 100 t/h, L = 16 t, W = 30 min 100 · 30 16 · 30 x = 6,25 in Lkw x=

(3.5) (3.6)

⇒ die Einbaumenge besser auf 96 t reduzieren, so dass 6 Lkw ausreichen. Die Einbaugeschwindigkeit des Fertigers kann nun nach folgender Formel eingestellt werden: v=

M h b v ρ

M · 10 h·b·6·ρ

(3.7)

= Materialanlieferung in t/h = Schichtdicke in cm = Breite in m = Einbaugeschwindigkeit in m/min = Raumdichte nach Tab. 3.1 in t/m 3

Beispiel mit M = 96 in t/h, h = 4 in cm, b = 8 in m, ρ = 2,4 in t/m 3 96 · 10 4 · 8 · 6 · 2,4 m v = 2,1 in min v=

⇒ Mit 2 m/min sollte sich kontinuierlich einbauen lassen.

(3.8) (3.9)

62

3 Einsatzplanung für die Baustelle

Tab. 3.1 Raumdichte der verschiedenen Einbaumaterialien Material

Raumdichte ρ in t/m 3

Asphalttragschicht

2,2

Asphaltbinder

2,4

Asphaltdeckschicht

2,45

Schotter

2,55 bis 2,75

Die Angabe der Dichte kann sehr unterschiedlich sein, t/m 3 (Tonnen pro Kubikmeter) kann auch in g/cm 3 , kg/dm 3 oder Mg/m 3 angegeben werden. Dabei ist das Verhältnis von Gewicht zu Volumen in den genannten Einheiten stets gleich, z. B.: 5 t/m3 = 5 g/cm3 = 5 kg/dm3 = 5 Mg/m3 . Dichte wird in Rohdichte (Raumdichte) oder Schüttdichte unterschieden. Die Rohdichte stellt den eingebauten Zustand dar, während die Schüttdichte den losen, unverdichteten Zustand beschreibt (Abb. 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4).

3.2

Straßenverkehrszulassung für Baumaschinen

Baumaschinen, die am öffentlichen Straßenverkehr teilnehmen, müssen in Deutschland den Vorschriften der Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO) genügen. Die StVZO wurde jedoch schon teilweise durch die neuere Fahrzeug-Zulassungsverordnung (FZV) ersetzt und soll zukünftig in eine Fahrzeug-Genehmigungs-Verordnung (FGV) und eine Fahrzeug-Betriebs-Verordnung (FBV) überführt werden. Selbstfahrende Arbeitsmaschinen1 (sfAM), zu denen Radfertiger seit 1961 und Walzen seit 1937 gehören, können im deutschen Straßenverkehr unter bestimmten Bedingungen bewegt werden. Ein wichtiges Kriterium für den Zulassungsprozess ist die bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit (bbH) nach §30a StVZO bzw. die bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit nach §1 FZV, Maschine. Bis 6 km/h Höchstgeschwindigkeit ist keine spezielle Betriebserlaubnis erforderlich, schneller fahrende Maschinen unterliegen der Betriebserlaubnispflicht, sind aber als selbstfahrende Arbeitsmaschinen vom Zulassungsverfahren mit Zuteilung eines amtlichen Kennzeichens durch die Zulassungsbehörde nach §3 Abs. 2 Nr. 1 FZV ausgenommen, wenn die Höchstgeschwindigkeit nicht mehr als 20 km/h beträgt. Sowohl Walzen als auch Kettenfertiger benötigen mit einer Maximalgeschwindigkeit von weniger als 6 km/h deswegen keine Betriebserlaubnis nach §19 StVZO, jedoch müssen sie ebenfalls den einschlägigen Vorschriften der StVZO entsprechen. Walzen, die beispielsweise

1 Kraftfahrzeuge, die nach ihrer Bauart und ihren besonderen, mit dem Fahrzeug fest verbundenen

Einrichtungen zur Verrichtung von Arbeiten, jedoch nicht zur Beförderung von Personen oder Gütern bestimmt und geeignet sind (§2 Nr. 17 FZV).

Straßenverkehrszulassung für Baumaschinen

Abb. 3.1 Benötigte Lkw (20 t) in Abhängigkeit von Einbauleistung und Fahrzeit

3.2 63

64

3 Einsatzplanung für die Baustelle

Abb. 3.2 Einbauleistung über Geschwindigkeit und Bohlenbreite; Schicht 4 cm

3.2

Straßenverkehrszulassung für Baumaschinen

Abb. 3.3 Einbauleistung über Geschwindigkeit und Bohlenbreite; Schicht 8 cm

65

66

3 Einsatzplanung für die Baustelle

Abb. 3.4 Einbauleistung über Geschwindigkeit und Bohlenbreite; Schicht 16 cm

3.2

Straßenverkehrszulassung für Baumaschinen

67

die entsprechende Beleuchtung und Blinkeranlage aufweisen, können am Straßenverkehr teilnehmen. Kettenfertiger sind normalerweise nicht StVZO-konform, weil diese meist nur eine Arbeitsbeleuchtung und ggf. Rundumkennleuchten besitzen, und dürfen deswegen nicht im öffentlichen Straßenverkehr bewegt werden. Radfertiger können dagegen nach der StVZO als Fahrzeug zugelassen werden und so eigenständig am öffentlichen Straßenverkehr teilnehmen. Eine Einzelgenehmigung (Betriebserlaubnis) kann jedoch nur erteilt werden, wenn der Radfertiger in vollem Umfang den Vorschriften der StraßenverkehrsZulassungsordnung (StVZO) und der FZV entspricht oder wenn für etwaige Abweichungen, wie z. B. die Position der Scheinwerfer, eine Ausnahmegenehmigung nach §70 StVZO/§47 FZV erteilt worden ist. An dieser Stelle soll nur auf die wichtigsten Voraussetzungen eingegangen werden, genaue Beschreibungen sind den entsprechenden Richtlinien zu entnehmen. Allgemein gilt für Radfertiger, die nicht schneller als 20 km/h fahren, dass der Halter seinen vollständigen Namen und seinen Wohnort oder die Firmenanschrift auf der linken Seite des Fahrzeugs dauerhaft und deutlich lesbar anbringen muss. Es besteht keine generelle Versicherungspflicht2 . Schadensfälle können unter Umständen von der Betriebshaftpflichtversicherung gedeckt sein, dies sollte aber unbedingt im Einzelfall geprüft werden. Die Teilnahme eines Radfertigers am Straßenverkehr setzt voraus, dass eine Ausnahmegenehmigung gemäß §70 StVZO vorliegt und eine Erlaubnis der örtlich zuständigen Straßenverkehrsbehörde nach §29 Abs. 3 StVZO erteilt wurde. Eine allgemeine Betriebserlaubnis (ABE) wird wegen der geringen Anzahl an zugelassenen Radfertigern normalerweise nicht durch die Hersteller beim Kraftfahrt-Bundesamt beantragt. Jeder Fertiger muss deswegen eine Einzelbetriebserlaubnis (EBE) beantragen. Dazu wird durch einen amtlich anerkannten Sachverständigen für den Kraftfahrzeugverkehr (TÜV) ein Gutachten über die Baumaschine angefertigt. In den Bemerkungen werden die Abweichungen von der StVZO aufgeführt, die eine Ausnahmegenehmigung erforderlich machen. Meistens betrifft dies die Achslasten (§34 StVZO), die eingeschränkte Sicht aufgrund des ausladenden Vorbaus (§35b StVZO) sowie die Beleuchtung, da diese zu hoch angebracht ist. Mit dem Hinweis, dass eine Ausnahmegenehmigung erforderlich ist, sollte durch eine Zulassungsbehörde die Ausnahmegenehmigung nach §70 StVZO erteilt werden. Dies kann durch den Hersteller der Maschine erfolgen, die eigentliche Betriebserlaubnis kann jedoch nur der Halter der Maschine in der für ihn zuständigen Zulassungsbehörde beantragen. Eventuell müssen hier weitere Unterlagen zur Haftpflichtversicherung vorgelegt werden.

2 gem. §2 Abs. 1 Nr. 6 PflVG.

68

3.2.1

3 Einsatzplanung für die Baustelle

Fahren im öffentlichen Straßenverkehr

Zum Fahren genügt, wie für alle selbstfahrenden Arbeitsmaschinen bis 25 km/h bbH3 , die Fahrerlaubnisklasse L. Für Walzen mit bis zu 6 km/h bbH wird keine Fahrerlaubnis benötigt4 . Der Fahrer sollte vor jeder Fahrt prüfen, ob die mitzuführenden Ausrüstungsgegenstände wie Bedienungsanleitung, Warnweste, Erste-Hilfe-Kasten sowie Feuerlöscher vorhanden sind. Der Maschinenführer muss mindestens 18 Jahre alt, zuverlässig sowie körperlich und geistig geeignet sein. Plichten des Unternehmers • Der Maschinenführer muss für die Aufgabe beauftragt werden. • Der Maschinenführer muss über Gefährdungen und erforderliche Schutzmaßnahmen beim Einsatz unterwiesen werden (Dokumentation). • Die für den Einsatz der Maschinen erforderlichen Vorschriften, Regeln und Informationen (Betriebsanleitung des Herstellers) müssen zur Verfügung gestellt und verständlich vermittelt worden sein. • Der Unternehmer hat sich vom Maschinenführer die Befähigung zum Führen und Warten nachweisen zu lassen. • Der Maschinenführer muss über seine besondere Verpflichtung zum verkehrssicheren Führen des Fahrzeugs und über den Inhalt der Ausnahmegenehmigung belehrt worden sein [32]. Plichten des Maschinenführer • Die Betriebsanleitung muss verstanden sein und am Fahrerplatz oder an der Verwendungsstelle leicht zugänglich aufbewahrt werden. • Die Maschine darf nur bestimmungsgemäß benutzen werden. • Festgestellte Mängel müssen dem Aufsichtführenden mitgeteilt werden. • Bei erheblicher Sichtbehinderung durch Nebel, Schneefall, Regen oder Glatteis ist die Fahrt zu unterbrechen und das Fahrzeug möglichst außerhalb der Fahrbahn abzustellen und in geeigneter Weise zu sichern [32]. • Erlaubnis und Genehmigung sind während der Fahrt mitzuführen, da ggf. der Geltungsbereich auf bestimmten Strecken beschränkt sein kann [32]. Die aktuellen Regeln und Vorschriften sind dem durch die Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft (BG BAU) ausgegebenen Fachinformationen „Umgang mit beweglichen Straßenbaumaschinen“ zu entnehmen!

3 Bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit. 4 gem. §4 Abs. 1 Nr. 3 FeV.

3.2

Straßenverkehrszulassung für Baumaschinen

3.2.2

69

Gewichtsbeschränkung

Nach der StVZO dürfen Einzelachsen bis 10 t Achslast aufweisen und angetriebene Einzelachsen bis zu 11,5 t. Straßenwalzen und Fahrzeuge mit Raupenantrieb (Kettenfertiger) sind von dieser Regelung ausgenommen. In den landesspezifischen Richtlinien für die Erteilung einer Ausnahmegenehmigung nach §70 StVZO wird meist auf eine mögliche Achslast von 12,0 t und mehr hingewiesen. Die genehmigungsfähigen Grenzwerte weichen zwischen den einzelnen Bundesländern deutlich ab und richten sich an der vorhandenen Verkehrsinfrastruktur aus. In Schleswig-Holstein können beispielsweise, abweichend von den gesetzlich zulässigen Vorgaben, für selbstfahrende Arbeitsmaschinen Ausnahmegenehmigungen bis zu 12,65 t erteilt werden. Die Genehmigungsfähigkeit von darüber hinausgehenden Abweichungen wird im Einzelfall gesondert geprüft [32]. Soll jedoch eine uneingeschränkte Zulassung zum Befahren aller Bundesländer beantragt werden, ist dies nur für 11,5 t Achslast möglich. Für 12 t Achslast kann nur eine eingeschränkte Zulassung erteilt werden, die für den ausstellenden Landkreis und in der Regel für die umliegenden Landkreise gilt. Nach §34 StVZO (Bau- und Betriebsvorschriften) ist keine Toleranz für eine Achslastüberschreitung vorgesehen. Eine Erstzulassung ist demnach nur möglich, wenn die maximal erlaubten Achslasten nicht überschritten werden. Werden nach der Zulassung weitere An- und Umbauten vorgenommen, droht bei Überschreitung der Achslast ein Verwarnungsgeld und ab 5 % ein Bußgeld. Radfertiger mit etwa 2,5 m Grundarbeitsbreite weisen mit der Bohle ein Gesamtgewicht von etwa 18 t auf. Die Bohle wird als Arbeitsgerät betrachtet und gehört nur indirekt zum Fahrzeug. Die Achslast der Antriebsachse beträgt somit meist 11,5−12,0 t und ist damit sehr dicht an den Grenzwerten ausgelegt. Dies lässt sich damit erklären, dass Straßenfertiger in Europa sehr kompakt konstruiert werden, um einerseits wenig Platz auf einem Tieflader zu benötigen und andererseits einen möglichst kleinen Wendekreis zu haben. Diese Forderung nach einer möglichst kurzen Maschine steht im direkten Gegensatz zur geringen Achslast. Radfertiger mit vier Vorderrädern können durch gezielte Ballastierung die Hinterachse entlasten, indem die Hebelwirkung des Ballasts über die Vorderräder ausgenutzt wird. Das Anheben der vordersten Räder (Fertiger mit 3 Achsen) bewirkt den selben Effekt wie zusätzlicher Ballast, erhöht aber nicht das Gesamtmaschinengewicht. Auf den lenkenden Vorderrädern müssen mindesten 20 % des Maschinengesamtgewichts lasten, um stets ein sicheres Lenken der Maschine gewährleisten zu können. Kleinfertiger mit einer Breite von weniger als 2 m haben mit einem Gesamtgewicht von etwa 10 t nicht das Problem der zu hohen Achslasten, sind aber bauartbedingt stets hecklastig. Ein Ausheben oder Entlasten der vordersten Achse bewirkt ebenfalls ein Entlasten der Hinterräder aber bei gewünschter Belastung der lenkenden Achse. Eine Besonderheit in Italien ist, dass hier auch Radfertiger mit nur 15 % Achslast auf den lenkenden Achse zugelassen werden können, vorausgesetzt die bbH beträgt weniger als 16 km/h.

70

3.2.3

3 Einsatzplanung für die Baustelle

Fahrgeschwindigkeit und Bremsweg

Die Bremsanlage muss auf die Maximalgeschwindigkeit und das Betriebsgewicht des Fahrzeugs abgestimmt sein. Die Fahrgeschwindigkeit üblicher Walzen beträgt für den reinen Baustelleneinsatz 9 bis 11 km/h, während Walzen mit Straßenzulassung in Deutschland auf 8 km/h gedrosselt werden. Straßenfertiger mit konventionellem Kettenantrieb unterliegen mit einer Geschwindigkeit von 4−6 km/h keiner direkten Vorschrift für Bremstests. Radfertiger werden üblicherweise auf unter 25 km/h begrenzt, darüber hinaus werden deutlich aufwendigere Bremsanlagen notwendig. Moderne Radfertiger und Walzen werden nicht nur hydraulisch angetrieben, sondern nutzen auch eine hydrostatische Bremsanlage. Im Bremsbetrieb wird die Hydraulikfunktion umgekehrt, die Antriebsmotoren pumpen Hydrauliköl in Richtung der eigentlichen Pumpen und treiben diese an. Der Dieselmotor wird in diesem Fall durch die Pumpen in der Drehzahl beschleunigt und setzt die Bremsenergie größtenteils in Kompressionswärme um. Radfertiger, die aufgrund der relativ hohen Geschwindigkeit in kurzer Zeit sehr viel Bremsenergie freisetzen können, benötigen ein zusätzliches Bremsventil, das die überschüssige Energie durch Aufheizen des Hydrauliköls abführt, um den Motor nicht zu überlasten. Radfertiger bremsen normalerweise nur mit den Hauptantriebsrädern, ohne dass die Vorderräder mitbremsen. Es muss jedoch eine Hilfsbremsanlage installiert sein, um die Maschine im Notfall anhalten zu können. Als Ausnahme gilt für hydrostatisch angetriebene Radfertiger, dass Hilfs- und Hauptbremsanlage zwar zwei getrennte Bremsmechanismen aufweisen, aber diese auf dieselben Räder wirken können. Große Walzen setzen, ähnlich den Straßenfertigern, ebenfalls ein Fahrgetriebe für den Antrieb der Bandagen ein. Das Fahrgetriebe ist ein einfaches oder mehrstufiges Planetengetriebe mit integrierter Hilfs- und Parkbremse. Die Hauptbremse erfolgt ebenfalls hydrostatisch mit Abstützung auf den Motor. Die maximale Bremsenergie ist aufgrund der geringen maximalen Fahrgeschwindigkeit deutlich geringer als im Vergleich zum schnelleren Radfertiger. In den Pumpen bzw. in den Hydromotoren intrigierte Druckbegrenzungsventile verhindern, dass der Dieselmotor überdreht wird. Kleinere Walzen kommen ohne ein Fahrgetriebe aus und setzen ein- oder zweistufige Hydromotoren im Direktantrieb ein. Die vorgeschriebene Hilfs- und Parkbremse ist dabei meist eine mechanische Verriegelung innerhalb des Hydromotors. Betätigung des Not-Aus führt zur sofortigen Blockierung der Bandagen und hat in der Asphaltverdichtung massive Einbaufehler zur Folge, zudem wird ein enormer Verschleiß an den Hydromotoren verursacht und sollte deswegen nur in entsprechenden Notfällen benutzt werden. Der notwendige Bremsweg ergibt sich nach StVZO §41 Abschn. 6 aus einer Bremsprüfung, die mit mindestens 90 % der bauartbedingten Höchstgeschwindigkeit durchgeführt werden muss. Für Fahrzeuge mit einer Maximalgeschwindigkeit ≤ 25 km/h gilt:

3.2

Straßenverkehrszulassung für Baumaschinen

v ≥ 0,9 · vmax in km/h v2 s ≤ 0,15 · v + in m 90 dm ≥ 3,5 in m/s 2

71

(3.10) (3.11) (3.12)

Alternativ kann die mittlere Vollverzögerung dm wie folgt berechnet werden:

dm =

v v1 s s1

v12 25,92 · s1

(3.13)

= Fahrzeug Geschwindigkeit in km/h, unmittelbar vor der Bremsung = Geschwindigkeit in km/h die sich nach 0,6s nach Bremsbeginn einstellt = Bremsweg in m = Bremsweg in m, ab der Geschwindigkeit v1 bis zum Stillstand

Für einen Radfertiger mit Höchstgeschwindigkeit vmax = 20 km/h ergibt sich folgender Bremsweg (Abb. 3.5): v2 90 202 s ≤ 0,15 · 20 + 90 s ≤ 7,44 in m s ≤ 0,15 · v +

Abb. 3.5 Messung der Verzögerung, rote Kurven zeigen einen ungünstigen Verzögerungsverlauf, schwarze Kurve stellt einen typischen Verlauf dar

(3.14) (3.15) (3.16)

72

3.2.4

3 Einsatzplanung für die Baustelle

Bremsung nach DIN EN 500

Baumaschinen, die keine Straßenzulassung benötigen, müssen nur den Bremstest nach der ergänzenden Norm DIN EN 500-6 zur EG-Maschinenrichtlinie erfüllen. In der Norm wird jedoch auf die Norm DIN EN ISO 3450 verwiesen und ein Bremsweg für Radfertiger nach folgender Formel gefordert: Für die Betriebsbremsanlage: v2 + 0,2 · (v + 5) 160 202 s≤ + 0,2 · (20 + 5) f¨ur 20 km/h 160 s ≤ 7,5 in m s≤

(3.17) (3.18) (3.19)

Für die Hilfsbremsanlage: v2 + 0,4 · (v + 5) 80 202 s≤ + 0,4 · (20 + 5) f¨ur 20 km/h 80 s ≤ 15,0 in m

s≤

(3.20) (3.21) (3.22)

Für Asphaltwalzen gelten folgende Formeln: Für die Betriebsbremsanlage: s≤

v2 + 0,2 · (v + 5) 150

(3.23)

s≤

v2 + 0,4 · (v + 5) 75

(3.24)

Für die Hilfsbremsanlage:

3.2.5

Bremsung nach SAE

Maschinen für den US-Markt müssen in der Regel den Standard SAE (Society of Automotive Engineers) Standard erfüllen. Für Walzen und Fertiger galt der SAE J1472 und fordert einen Bremsweg nach folgender Formel: Für die Betriebsbremsanlage: L = 0,2 · V + 0,02 · V 2

(3.25)

3.2

Straßenverkehrszulassung für Baumaschinen

73

Für die Hilfsbremsanlage: L = 0,4 · V + 0,04 · V 2

(3.26)

L = Maximaler Bremsweg in Meter (m) V = Maximale Fahrzeuggeschwindigkeit in km/h SAE J1472 wurde für Walzen, Radfertiger und Straßenfertiger mit Schnelllaufketten durch die zuvor beschriebene ISO 3450 abgelöst und muss so den gleich Standard wir die europäischen Maschinen einhalten.

4

Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

4.1

Leistungsbeschreibung

In dieser ersten Beispielbaustelle soll eine Umgehungsstraße neu gebaut werden. Der öffentliche Auftraggeber hat die Leistung ausgeschrieben. Die Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (abgekürzt VOB) sowie die Allgemeinen Technischen Vertragsbedingungen (ATV) gehören in Deutschland zu dem Ausschreibeverfahren. In der Leistungsbeschreibung © Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2020 M. Kappel, Angewandter Straßenbau, https://doi.org/10.1007/978-3-658-29470-0_4

75

76

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

Abb. 4.1 Auszug aus der Leistungsbeschreibung

wird der Bauauftrag genau beschrieben. Es wird dabei aber immer auf zusätzliche Richtlinien, technische Prüfvorschriften und die zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen verwiesen. Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen (ZTV) ergänzen in der Regel die Allgemeinen Technischen Vertragsbedingungen. Wichtige technische Regelwerke für den Straßenbau die von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V. (FGSV) herausgegeben werden sind: • Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau (ZTVE-StB) • Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Schichten ohne Bindemittel im Straßenbau (ZTV SoB-StB) • Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt (ZTV Asphalt-StB) • Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Beton (ZTV Beton-StB) Aus der Leistungsbeschreibung können folgende Daten entnommen werden (vgl. [72], Abb. 4.1):

4.2

Absteckung und Einmessung der Straße

Wird eine Straße von Grund auf neu erstellt, wird zunächst die Lage der Straße bestimmt (Abb. 4.2 und 4.3). In der Regel wird dies von den Geodäten (Vermessungsingenieure) durchgeführt. Entlang der geplanten Trasse wird ein Draht gespannt, um die Lage der Straße zu markieren. Ausnahmen ergeben sich im Straßenbau bei Kreuzungen und Einfahrten. Hier muss durch den Bauunternehmer entschieden werden, ob ein zusätzlicher Draht gespannt werden muss oder nicht. Für den Straßenfertiger sollte dieser Draht sich 30 cm neben der späteren Straße befinden. In diesem Beispiel haben die Geodäten die Lage der Straße festgelegt. Der Mutterboden wurde abgetragen und mit Gradern (Straßenhobel) vorbereitet. Auf Privatgelände ist es normalerweise bei kleineren Baustellen nicht üblich, dass ein Geodät die Straße einmisst. Auf ebener und gerader Strecke sollte der Abstand der

4.2

Absteckung und Einmessung der Straße

77

Abb. 4.2 Einbausituation entlang der Landstraße: Volvo AB, Göteborg, Schweden

Haltepfosten des Drahtes nicht mehr als 10 m betragen. In Kurven und Senkungen ist der Abstand entsprechend zu verringern. Achtung: Die Spannkräfte können nur mit Schraubspannern ausreichend sichergestellt werden. Hier muss auf eine ausreichende Verankerung im Boden geachtet werden. Ein Durchhängen des Drahtes bildet sich direkt in der Straßenoberfläche ab.

Abb. 4.3 Gespannter Leitdraht: Volvo AB, Göteborg, Schweden

78

4.3

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

Nivellierung

Die Kennzeichnung der zukünftigen Straße durch den Draht hat nicht nur die Aufgabe, dem Bediener die Richtung zu weisen, sondern auch das Höhenprofil der Straße festzulegen. Ein Straßenfertiger kann mit einer Nivellierung Wellen im Untergrund ausgleichen. Nach den ZTV SoB-StB muss die Schottertragschicht – im Ggs. zur (meist darunter liegenden) Frostschutzschicht – zur Vorbeugung der Entmischung des Gesteinskörnungsgemischs und zur Erreichung einer höheren Einbauqualität mit dem Fertiger eingebaut werden. Dies wird in der Praxis wegen des erhöhten Verschleißes und auf Grund einer begrenzten Anzahl von Fertigern bei den Baufirmen nur seltenst ausgeführt. Das Einbauen der Schotterschichten ist mit einem Grader wirtschaftlicher zu bewerkstelligen. Dieser kann ebenso wie der Fertiger mit einer Nivellierung ausgerüstet werden. In Abschn. 5.3 soll weiter auf das Thema Nivellieren zu einer Referenzfläche eingegangen werden.

4.3.1

Selbstnivellierung

Unter Selbstnivellierung wird die Eigenschaft der Maschinen verstanden, Unebenheiten selbstständig, ohne elektronische Regelung, ausgleichen zu können. Durch die Länge der Baumaschine können kleinere Unebenheiten überbrückt werden. Dies lässt sich am Beispiel eines Schiffes in welliger See veranschaulichen, ein langer Öltanker folgt den Wellen weniger direkt als ein kleines Segelboot. Jedoch kann die Länge der Baumaschine Unebenheiten nur bis zu einem gewissen Grad verringern und nicht komplett ausgleichen. Eine zweite, wichtige Voraussetzung für die Selbstnivellierung ist die schwimmende Bohle. Weil die Bohle über die Zugarme beweglich mit der Zugmaschine verbunden ist, reagiert die Bohle nur indirekt auf Bewegungen der Zugmaschine. Wird der Straßenfertiger plötzlich angehoben, etwa durch Überfahren eines Schachtdeckel, beeinflusst dies die Bohle nur durch ein Anheben der Bohlenzugpunkte und die damit verbundene Winkeländerung der Bohle. Eine aus der Straße herausstehende Unebenheit macht sich also als schwächere Bodenwelle vor der auslösenden Bodenwelle bemerkbar und nicht, wie vermutet werden könnte, direkt über der Bodenwelle. Als Anhaltswert kann ein Verhältnis von eins zu fünf genannt werden. 20 % der Höhe einer Bodenwelle ist nach einer Schicht noch vorhanden. Hieraus leitet sich der Vorteil des mehrschichtigen Einbaus ab. Eine 30-mm-Welle wird mit der ersten Lage auf 20 % ihrer ursprünglichen Höhe reduziert ⇒ 30 mm/5 = 6 mm. Die nächste Lage reduziert die verbleibenden 6 mm erneut um 80 % ⇒ 6 mm/5 = 1,2 mm.

4.4

Unmittelbare Baustellenvorbereitung

4.4

Unmittelbare Baustellenvorbereitung

4.4.1

Vorheizen

79

Es ist wichtig, die Bohle ausreichend lange vorzuheizen. Sind die Nachttemperaturen noch über 10 ◦ C, reichen in der Regel 40 bis 50 min Aufheizzeit aus. Die von der Einbaumannschaft oft eingeplante halbe Stunde ist für die meisten Einbaumaterialien und Bohlentypen nicht ausreichend. Sind die Nächte im Frühjahr oder Herbst schon sehr kalt, muss mit Zeiten von über einer Stunde gerechnet werden. Wind beeinträchtigt das Aufheizen zusätzlich. Die Solltemperatur sollte auf die Anliefertemperatur des Materials eingestellt sein, in der Regel sind dies 140−190 ◦ C. Werden mehr als 200 ◦ C erreicht, muss mit einer Schädigung des Einbaumaterials gerechnet werden. Gasheizungen können infolge der hohen Wärmeleistung besonders schnell Materialüberhitzung während langer Standzeiten herbeiführen. Viel-hilft-viel sollte hier, mit Rücksicht auf die Bohlen, nicht das Motto sein. Durch das Heizen kann zudem kaum eine thermische Tiefenwirkung im Einbaumaterial erreicht werden. Die Wärme bleibt aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Asphalt in den oberflächennahen Schichten. Zum Aufheizen wird die Bohle bis kurz vor dem Untergrund abgelassen, bis nur noch ein kleiner Spalt verbleibt. Wind hat so die geringste Angriffsfläche auf die Bodenplatten. Eine nicht ausreichend lang geheizte Bohle ist an einem rauen und offenporigen Oberflächenbild erkennbar. Dabei haften an der Oberfläche der Bodenplatten feine Bestandteile an und werden aus der Oberfläche herausgelöst. Nach dem Aufheizen ist zu prüfen, ob die Stampferdrehzahl der eingestellten Drehzahl entspricht. Verklebte Stampfer drehen nur langsam und müssen gereinigt werden. TIPP

Stampferanlauf bei Kälte Besonders an kalten Tagen besteht die Gefahr, dass auch gereinigte Stampfer oder die Vibrationswellen nicht anlaufen. Häufig wurde in diesem Fall während der Wartung zu viel Fett in die Lager gepresst. Überfettete Lager weisen eine deutlich überhöhte innere Reibung auf, die besonders bei Kälte deutlich größer sein kann als die installierte Antriebsleistung. Zum Kompensieren der Fliehkräfte sind die Stampferwellen miteinander verbunden. Durch ein Entkuppeln kann häufig eine einzelne Stampferwelle zum Anlaufen gebracht werden. Nachdem das Fett bei dieser ausreichend verdrängt wurde, kann die nächste Stampferwelle angekuppelt werden. Mit den Vibrationswellen kann ähnlich verfahren werden. Das richtige Abschmieren erfolgt bei geringer Drehzahl der Wellen und warmer Bohle.

80

4.4.2

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

Aufheizen von Gasbohlen

Konstruktionsbedingt wird der Stampfer von Gasbohlen häufig nicht ausreichend beheizt. Sollen die ersten Meter der Straße streifenfrei eingebaut werden, müssen die Stampfer mit dem Einbaumaterial vorgewärmt werden. Dazu wird zunächst ausreichend Material vor die Bohle gefördert. Eventuell muss der Endbereich der Bohle zusätzlich durch manuelles Schaufeln versorgt werden bis vor der kompletten Bohlenbreite Einbaumaterial liegt. Anschließend wird mit geringer Geschwindigkeit so weit vorgefahren, dass die Bohle vollständig auf dem Material aufliegt. In dieser Position sollte 10−15 min verharrt werden, damit das heiße Einbaumaterial den Stampfer wärmen kann. Durch die Wärme kann das Material nicht mehr am Stampfer haften, wodurch das Einbaubild erheblich verbessert wird.

4.5

Anfahren

In diesem Fall soll die Straße, ohne einen vorhandenen Anschluss nutzen zu können, direkt beginnen. Die Bohle wird dazu auf zwei Holzbalken abgesetzt, welche etwa die Höhe der einzubauenden Schicht besitzen. Nach dem Entfernen der Holzbalken müssen die Stellen per Hand ausgebessert werden (s. Abb. 4.4).

Abb. 4.4 Der erste Meter mit Start vom Holzbalken: Volvo AB, Göteborg, Schweden

4.5

Anfahren

81

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, zunächst ein Bett aus Asphalt zu bauen und die Bohle darauf abzusetzen. Lassen die Platzverhältnisse keine Balken-Methode zu, oder muss direkt auf der exakten Höhe angefangen werden, empfehlt sich die Bett-Methode. Die Oberfläche wird jedoch in diesem Bereich eine andere Struktur aufweisen. Im nächsten Schritt wird die Schwimmstellung der Bohle eingeschaltet und der Anstellwinkel der Bohle über die Nivellierzylinder voreingestellt. Welche Höhe und somit welcher Anstellwinkel benötigt wird, kann nicht vorhergesagt werden. Der Winkel hängt von den Faktoren Mischgutsorte, Mischguttemperatur, Vorverdichtungsgrad der Bohle, Bauart der Bohle und Einbaugeschwindigkeit ab. Sehr erfahrenes Bedienungspersonal kennt jedoch zumindest ungefähr die richtige Einstellung für ihren üblicherweise benutzten Bohlentyp zu der geforderten Schichtdicke. TIPP

Verhältnis von Skalenwert zu Einbaustärke Das Verhältnis von Skalenwert am Nivellierzylinder zu eingebauter Schichtstärke sollte nicht mehr als das Eineinhalbfache betragen. Sollen beispielsweise 4 cm eingebaut werden, sollte der Nivellierzylinder nicht höher als 6−7 cm stehen. Ein größerer Wert bedeutet, dass die Bohle unter einem zu großen Einstellwinkel eingebaut wird und dadurch die Oberfläche sehr rau und wellig ausfallen kann.

Auf den ersten eingebauten Metern muss sich durch das Messen der Schichtdicke langsam an die geforderte Schichtdicke herangetastet werden. Begonnen wird immer mit einer zu starken Schicht, welche dann schrittweise reduziert wird. Die Schicht sollte schließlich 20 % stärker als die geforderte Fertigschicht sein, damit nach dem Walzen die Endstärke erreicht wird. In der Regel sollte nach einer Fertiger-Länge die richtige Einstellung gefunden worden sein. Abb. 4.5 Messung der Asphaltstärke in Straßenmitte: Eigenaufnahme, 2011

82

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

Abb. 4.6 Eigenkonstruktion zur Schichtmessung: Eigenaufnahme, 2010

Die Messung der Schichtdicke wird direkt hinter der Bohle ausgeführt. Beliebt ist die Messung mit einem Gliedermaßstab, es werden jedoch auch häufig Eigenbauten eingesetzt (siehe Abb. 4.5). Dazu zählt z. B. eine Stabkonstruktion, auf der sich ein beweglicher Teller beim Einstecken in den Asphalt nach oben bewegt. Anschließend kann auf einer Skala bequem die Schichtdicke im Stehen abgelesen werden (Abb. 4.6).

4.6

Entmischung

Asphalt besteht überwiegend aus Gestein unterschiedlicher Größe und dem Bindemittel Bitumen. Die durch das Mischwerk hergestellte Mischung ist in der Regel sehr homogen, alle Steingrößen sind gleichmäßig im Asphalt verteilt. Es wird von einer Entmischung gesprochen, wenn sich größere Steine aus der Mischung herauslösen und sich als Anhäufungen ansammeln (Segregation1 ) (Abb. 4.7, 4.8 und 4.9). Die physikalische Ursache ist, dass sich größere Steine leichter als kleine aus einem Schütthaufen lösen können. Zudem ist leicht verständlich, dass große Steine auf der Oberfläche eines Schütthaufens besser rollen als sehr kleine Steine, für die die Oberfläche relativ gesehen unebener ist. Dies kann bei allen Arten von Schütthaufen beobachtet werden, die aus verschieden gekörnten Steinen bestehen. Der Effekt tritt umso stärker auf, je größer die Körnungsunterschiede sind und je weniger Bitumen vorhanden ist, das die Masse zusammenhält. Haufenbildungen mit steil abfallenden Flanken sollten möglichst vermieden werden.

1 Auch als Paranuss-Effekt bezeichnet. Dabei bezieht sich die Namensgebung auf die Beobachtung,

dass nach mehrfachem Rütteln einer Müslipackung, die Früchte verschiedener Größen enthält, die größten sich anschließend oben ansammeln.

4.6

Entmischung

Abb. 4.7 Entmischung an einem Schütthaufen

Abb. 4.8 Entmischung auf der Lkw-Ladefläche

Abb. 4.9 Entmischung, offene Stellen nach dem Walzen: Volvo AB, Göteborg, Schweden

83

84

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

Während des Transports treten schon erste Entmischungen an der Oberfläche des Mischgutes im Lkw auf. Im Fertiger können Entmischungen vermieden werden, wenn • der Kübel nicht leer gefahren wird, da der letzte Rest stets grobkörnig ist, • der Abstand zwischen Schnecke und Bohle vergrößert wird, • Kanalbleche angebaut werden.

4.7

Mischgutübergabe und Qualitätskontrolle

Der zuvor aufgebaute und geheizte Straßenfertiger ist bereit, mit der Arbeit zu beginnen, wenn sich der erste Baustellenkipper mit Einbaumaterial vor dem Fertiger eingefunden hat. Als Erstes muss die Temperatur des Mischgutes geprüft werden. Die Temperatur kann entweder im Schneckenkanal oder besser noch auf dem Baustellenkipper gemessen werden. Sollte die Temperatur zu niedrig für den Einbau sein, ist der Baustellenkipper abzuweisen und das Mischwerk zu informieren. Im Mischwerk wird der größte Teil der Wärmeenergie zu Beginn des Prozesses zum Trocknen und Erhitzen der verschieden Gesteine eingebracht. Die Temperatur des fertigen Asphalts ist damit nicht direkt einstellbar und von der Feuchtigkeit der eingesetzten Mineralgemische abhängig. Äußerst selten kann es auch vorkommen, dass das Material zu heiß angeliefert wird. Da hier eine Schädigung des Materials zu befürchten ist, müssen auch diese Ladungen abgewiesen werden. Während des Transportes muss die heiße Ladung immer abgedeckt werden! Dies gilt auch, wenn die Fahrt sehr kurz sein sollte! Durch den Fahrtwind kühlt die oberste Schicht rasch ab, mit der Folge, dass erkaltetes Material in Brocken eingebaut wird. Zudem reagiert das Mischgut mit dem Luftsauerstoff und oxidiert das Bitumen dabei. Die Reaktion verhärtet das Bitumen unabhängig von der Temperatur zusätzlich. Ein weiteres Problem bei nicht wärmeisolierten Baustellenkippern besteht in den Ecken der Ladefläche. Das Material verliert hier über drei Seiten Wärme und wird besonders schnell fest. Verklumptes Material kann durch den kompletten Einbauprozess fließen, ohne wieder ausreichend aufgeschmolzen worden zu sein. Als Folge sind in der Straße entsprechende Fehlstellen zu finden. Der Baustellenkipper wartet zum Übergeben des Einbaumaterials mit ausgekuppeltem Gang etwa 20−30 cm vor dem Straßenfertiger. Der Fertiger beginnt, mit den forderen Schubrollen den Kipper zu schieben. Wie die Kommunikation zwischen Lkw-Fahrer und Fertigermannschaft erfolgt, kann sehr unterschiedlich sein. Häufig wird die Hupe des Fertigers benutzt, um anzuzeigen, dass abgekippt werden soll oder dass der Lkw wieder abfahren kann. Es empfiehlt sich, die Zeichen kurz abzusprechen und die Standardzeichen nach „DIN 33 409 − Sicherheitsgerechte Arbeitsorganisation − Handzeichen zum Einweisen“ zu verwenden. Im Grunde werden nur wenige Zeichen zum Einweisen benötigt (siehe Abb. 4.11 und 4.10). In den letzten Jahren haben sich auch vermehrt Ampel-Systeme am Fertiger für die Kommunikation mit den LKW etabliert. Die Systeme sind meist zum Ausklappen auf der

4.8

Einbaugeschwindigkeit und Maschinenleistung

85

Abb. 4.10 Fertiger mit Signallichter für die Lkw Einweisung. (Foto: l. Eigenaufnahme, r. Frank Dörrie, 2019)

Fahrerplattform oder im Kübel integriert. Der Fertigerfahrer kann über entsprechende Leuchtsignale die Signale, angedockt, entladen und abfahren dem Lkw Fahrer mitteilen. Teilweise wird das Andocken über Kontakte in der Lkw schiebenden Traverse automatisch erkannt und hilft so, Einbaufehler zu vermeiden. Wenn die Baustelle von der öffentlichen Hand vergeben wurde, werden zur Qualitätskontrolle meist Kernlochbohrungen durchgeführt. Mit einem Kernbohrgerät wird, an einer zuvor festgelegten Stelle, ein Bohrkern entnommen und dieser im Labor untersucht. Durch die Mischwerke erfolgt ebenfalls eine Probenentnahme zum Nachweis der Qualität. Diese werden üblicherweise aus dem Schneckenkanal entnommen und mit Daten wie der Temperatur, der Asphaltmischung, dem vorherrschenden Wetter sowie dem Ort und dem Zeitpunkt der Entnahme versehen. Die Probe wird an der Stelle der späteren Kernlochbohrung entnommen, um mögliche Materialfehler von Einbaufehlern unterscheiden zu können.

4.8

Einbaugeschwindigkeit und Maschinenleistung

Mit welcher Geschwindigkeit eingebaut werden kann, ist von zu vielen Faktoren abhängig, als dass dies in eine Formel gebracht werden könnte. Auch hier ist die Einschätzung von erfahrenen Maschinenführern für die ihnen bekannten Maschinen recht genau. Die Einbauleistung eines Straßenfertigers wird in Tonnen pro Stunde (t/h) angegeben. Dieser Wert wird aus der Förderbandgeschwindigkeit, dem Tunnelquerschnitt (der Bereich der Maschine, an dem das Material unter der Fahrerplattform durchgeleitet wird) und der Dichte des Materials berechnet. Die Dichte wird dabei üblicherweise mit 1,75 t/m3 (nach ISO 15 878) angenommen. Jeder Hersteller berechnet die Tunnelfläche jedoch etwas anders. Technisch richtig sollte die wirksame Breite der Förderbänder multipliziert mit der Tunnelhöhe als Berechnungsgrundlage dienen (vgl. ISO 15 878). Für genauere Vergleiche sollte hier bei den Herstellern nachgefragt werden, wie die Katalogdaten im Detail berechnet wurden.

86

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

Abb. 4.11 Handzeichen zum Einweisen

Praktische Versuche haben gezeigt, dass dieser theoretische Wert auch tatsächlich unter optimalen Bedingungen erreicht werden kann. Der Schlupf zwischen Förderband und Material darf nur gering sein und das Material muss von den Schnecken zügig weiter transportiert werden können. Bei sehr kleinen Fertigern ist der Schlupf zwischen Kette und Material deutlich höher als bei der Zweieinhalb-Meter-Fertigerklasse. Die Förderbandkette läuft dabei unter dem Material her und kann so die angegebene Leistung nicht erbringen. In der Praxis spielt dies jedoch kaum eine Rolle. Für einen Mittelklasse-Fertiger (800 t/h) ist eine Baustelle mit 2000−2500 t Einbaumaterial pro Tag ein guter Wert. Bei einer gut eingespielten Mannschaft mit einer straff organisierten Baustelle kann etwa mit der Hälfte der für den Fertiger angegebenen Leistung gerechnet werden (400 t/h). Diese Werte beziehen sich

4.8

Einbaugeschwindigkeit und Maschinenleistung

87

nur auf Baustellen, die ohne Störung durchlaufen können, wie beispielsweise neu erstellte Autobahnen oder vergleichbare große Baustellen unter Einsatz von Beschickern.

4.8.1

Wie hoch ist die Einbauleistung pro Stunde?

Es soll ein auf 10 m Breite aufgebauter Fertiger eine 8 cm starke Schicht mit einer Geschwindigkeit von 4 m/min einbauen. Die Einbauleistung ergibt sich nach folgender Formel: PEinbau = S · b · v · ρ PEinbau S b v ρ

(4.1)

= Einbauleistung (t/h) = Schichtdicke (m) = eingebaute Breite (m) = Einbaugeschwindigkeit (m/min) = Dichte des Einbaumaterials (t/m 3 )

m Beispiel mit S = 0,08 m, b = 10 m, v = 4 min , ρ = 2,4 mt3



PEinbau PEinbau

m min = 0,08 m · 10 m · 4 · 60 min h t = 460 h

 · 2,4

t m3

(4.2) (4.3)

Im innerstädtischen Bereich kann nicht ansatzweise mit diesen Werten gerechnet werden. Hier ist hinsichtlich der meist nur kurzen Einbaustrecken mit vergleichsweise vielen Hindernissen mit einer Leistung von 100−500 t Material pro Tag zu rechnen. Eine Angabe in Tonnen pro Stunde kann sich hier nur auf einen Durchschnittswert beziehen. Eine innerstädtische Baustelle erfordert meist viel Handarbeit und häufiges Umsetzen der Maschine. In der nachfolgende Tabelle werden die durchschnittlichen Einbaugeschwindigkeiten für verschiedene Asphaltsorten angegeben (Tab. 4.1). Diese Werte gelten für durchschnittliche Baustellen. Die Geschwindigkeit kann in Einzelfällen auch deutlich über oder unter den Werten liegen. Normalerweise wird in Deutschland Tab.4.1 Einbaugeschwindigkeiten

Einbaugeschwindigkeit in m/min Asphalttragschicht

3 bis 4

Asphaltbinder

4 bis 6

Asphaltdeckschicht

4 bis 8

Schotter

2 bis 4

88

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

jedoch nicht über 8 m/min eingebaut. Unter anderem wird die Geschwindigkeit durch die maximale Stampferdrehzahl begrenzt. In den USA wird dagegen, mit reinen Vibrationsbohlen, bis zu 120 ft/min (36 m/min) eingebaut.

4.9

Einstellung des Stampfers

Die Stampferdrehzahl kann leider auch nicht nach einer festen Formel bestimmt werden. Die richtige Drehzahl muss kurz nach dem Einbaubeginn individuell für die spezielle Einbausituation gefunden werden. Ziel ist, eine möglichst hohe Vorverdichtung zu erreichen, damit den nachfolgenden Walzen die Arbeit erleichtert wird. Es stellt sich natürlich die Frage, warum die Stampferdrehzahl nicht einfach auf die maximal mögliche Drehzahl eingestellt werden kann. Dass dies nicht gemacht werden sollte, hat mehrere Gründe. Zunächst tritt bei Überverdichtung das Phänomen der sogenannten Kornzertrümmerung auf (Abb. 4.12). Hierbei werden einzelne Gesteinskörner des Asphaltes durch die Stampfer zertrümmert. Sichtbar wird dies durch einzelne helle Stellen in der Decke, die dadurch entstehen, dass die Innenseiten der Gesteinskörner sichtbar werden. Häufiger ist dies allerdings während des Abwalzens zu beobachten, wenn mit starker Vibration versucht wird, eine zu weit abgekühlte Schicht zu verdichten. Ein weiteres Problem ist, dass eine überhöhte Stampferdrehzahl das Schwimmverhalten der Bohle negativ beeinflussen kann. Die Bohle läuft dabei nur auf den vorderen Stampfern

Abb. 4.12 Kornzertrümmerung in der Aspahltdecke: Eigenaufnahme, 2011

4.9

Einstellung des Stampfers

89

und die Bodenplatten liegen an der Hinterkante nicht mehr vollständig auf dem Material auf. Erkennbar ist dies an einem kleinen Spalt zwischen der Hinterkante der Bodenplatte und der eingebauten Schicht. Erfahrene Maschinenführer können dies am veränderten Geräusch und an der Art der Vibration der Bohle erkennen. Je höher die Stampferdrehzahl und die damit verbundene Verdichtung sind, umso flacher stellt sich schließlich der Anstellwinkel ein. Idealerweise ist die richtige Stampferdrehzahl so hoch, dass die Bohle gerade noch vollständig auf dem Material aufliegt. Dieser Zustand ist allerdings eine Idealvorstellung und in der Praxis nur schwer umzusetzen. Die meisten Stampfer lassen sich zudem in ihrem Hub verstellen. Je größer der Hub, desto stärker auch die Verdichtung. Aber auch hier kann „zu viel“ zu den gleichen Problemen führen wie eine zu hohe Drehzahl. Normalerweise ist der durch die Hersteller voreingestellte Hub von ca. 5 mm gut geeignet. Handelt es sich, wie in unserem Beispiel, um ein großes Bauprojekt, in dem mehrere Tage Tragschicht eingebaut werden soll, lohnt sich der Aufwand, den Stampferhub umzustellen. Abhängig vom Bohlentyp kann ein Umbau recht zeitaufwendig sein und lohnt sich nur bei größeren Bauprojekten. Im vorliegenden Fall kann der Hub auf 7 mm vergrößert werden. Für Manuelle Bohlen ist auch eine automatische Stampferhubverstellung am Markt erhältlich (Vögele), die zwei verschiedene Stampferhübe zulässt. Dabei wird der Stampferhub über die Drehrichtung der Antriebswelle verändert. Die leichte Pendelbewegung der Stampfer kann bei Asphalt jedoch einen Pumpeffekt zwischen Stampfer und Bohlenkörper hervorrufen, der Bitumen in die Mechanik befördert. Eine Stampferhubverstellung über die Richtungsumkehr ist für Asphalt dadurch nur bedingt einsetzbar. Für nicht bitumenhaltigen Unterbau, der in größerer Dicke eingebaut wird, hilft eine einfache Umstellung des Stampferhubs der Einbaumanschaft die Verdichtung zu steigern. Bei Bohlen ohne eine Richtungsumkehrung ist nach Reparaturen unbedingt die richtige Drehrichtung zu prüfen. INFO

Haltbarkeit einer Straße Die Haltbarkeit einer Straße wird in der Größenordnung von Jahrzehnten gerechnet. Nach heutigem Stand der Technik gehen Planer von folgenden Haltbarkeitszeiten aus: • Tragschicht, 60 Jahre • Binderschicht, 30 Jahre • Deckschicht, 15 Jahre Für Einbaufehler, bei denen nicht sicher ist, ob sie einen Effekt auf die Haltbarkeit haben, kann dem Bauunternehmer unter Umständen auch eine mehrjährige Gewährleistung abverlangt werden.

90

4.10

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

Einstellung der Vibration

Zunächst ist zu sagen, dass die Vibration nur einen sehr geringen Teil zur Verdichtung beiträgt. Die Hauptverdichtung wird durch die Stampfer und das Eigengewicht der Bohle erreicht. Mit der Vibration kann jedoch eine geschlossene Oberfläche erzeugt werden. Dies bedeutet, dass feine Risse und kleine Unregelmäßigkeiten geschlossen werden. Bei Deckschichten kann mit der Vibration Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit genommen werden, indem Bitumen an die Oberfläche gezogen wird. Eine zu hoch eingestellte Vibrationsfrequenz kann jedoch auch dazu beitragen, dass sich ein Überschuss an Bitumen an der Oberfläche ansammelt und dies zu einer sehr glatten Oberfläche führt. Die Folge sind unter anderem die Straßenschilder „80 km/h bei Nässe“, die häufig auf Autobahnen anzutreffen sind. Die Vibration wird zunächst so eingestellt, dass die Bohle ruhig läuft. Bestimmte Drehzahlen der Unwuchten können zu Resonanzen in der Bohle führen. Eine getroffene Resonanzfrequenz zeigt sich dadurch, dass Teile der Bohle stark anfangen zu schwingen. Bei zu geringer Drehzahl hat die Vibration schlicht keine Wirkung, schadet aber auch nicht. Eine zu hoch eingestellte Vibration lässt sich an zu viel aufgestiegenem Bitumen erkennen, welches als „fettige“ Oberfläche bezeichnet wird. Solche schwarz glänzenden Stellen können auch auf sehr begrenztem Raum auftreten. Durch Einsatz von Splitt kann hier die Griffigkeit auch wiederhergestellt werden. Der Praxis, die maximale Drehzahl, die bei den meisten Herstellern rund 3000 U/min beträgt, komplett zu nutzen, ist mit entsprechender Vorsicht zu begegnen. Neben der Lärmbelastung können auch Einbaufehler entstehen.

4.11

Aktive Nivellierung am Draht

Die aktive Nivellierung regelt den Anstellwinkel der Bohle durch eine vertikale Positionsverstellung der Zugpunkte. Der sich dabei ändernde Anstellwinkel der Bohle hat direkten Einfluss auf die eingebaute Schichtdicke2 . Der zuvor auf unserer Beispielbaustelle gespannte Draht gibt die Information über die Sollhöhe der Straße vor (Abb. 4.13 und 4.14). Die Ebenheit des Untergrunds spielt in diesem Fall eine nicht so entscheidende Rolle. Wurde das Regelsystem gut eingestellt, wirken sich die Bewegungen des Fertigers nur geringfügig aus. Neben der klassischen, mechanischen Abtastung am Leitdraht werden auch Ultraschallsensoren eingesetzt. In jedem Fall ist der Sensor dabei fest über einen Träger mit der Bohle verbunden. Ändert sich beispielsweise die Einbaugeschwindigkeit und die Bohle steigt als Reaktion auf, verändert sich ebenfalls die Position des Sensors relativ zum Draht. Die Regelung stellt eine Abweichung vom Sollwert fest und reagiert mit Heben oder Senken der Zugpunkte. Daraus wird ersichtlich, dass die Regelung dabei hilft, eben einzubauen, aber es besser ist, wenn nichts geregelt werden muss. Regelungsschaltungen können grundsätzlich 2 s. Abschn. 2.5.1.

4.11

Aktive Nivellierung am Draht

91

Abb. 4.13 Nivellierung mit Sonic Ski auf Schnur: Volvo AB, Göteborg, Schweden

Abb. 4.14 Nivellierung mit einer mechanischen Abtastung (Drehgeber): Eigenaufnahme, 2011

nur reagieren, jedoch eine Abweichung nie völlig verhindern. Besonders gut funktioniert eine Regelung, wenn Änderungen kontinuierlich und langsam erfolgen. Eine lang gezogene Mulde kann besser ausgeglichen werden, als plötzliche Sprünge. Die richtige Position der Sensoren befindet sich etwa auf Höhe der Schnecke. Wird der Sensor zu weit hinten montiert, kann die Bohle nicht schnell genug auf Veränderung der Referenz reagieren. Würde der Draht an einer Stelle durchhängen, würde auch an genau dieser Stelle die Straße entsprechend dünner ausfallen. Dagegen wird während der

92

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

Selbstnivellierung3 eine Bodenwelle, um die Länge der Zugarme minus der Reaktionszeit der Bohle, versetzt eingebaut. Wird besonders schnell eingebaut, kann der Sensor weiter nach vorne verschoben werden. Die Sensorhalterung stellt eine Hebelverlängerung der Bohle dar, durch die der Sensor bei einer Winkeländerung angehoben wird. Mit zunehmender Länge des Hebelarms verstärkt sich der anhebende Effekt entsprechend proportional. Die Verstellung des Sensors in Fahrtrichtung verschafft der Regelung nicht nur mehr Zeit zum Reagieren, sondern verstärkt auch die Hebelwirkung auf den Sensor. Wird der Sensor zu weit in Fahrtrichtung verschoben, kann sich dies durch eine Überreaktion der Regelung bemerkbar machen. Auf gut tragendem Einbaumaterial kann eine Bohle mit etwa 1 cm pro eingebautem Meter steigen oder sinken (entspricht 1%). Der feste Sitz der Sensoren sollte vor jedem Einbau kontrolliert werden. Sensoren, die während des Einbaus langsam ihre Höhe verlieren, führen häufig zu schweren Einbaufehlern.

4.12

Aufgabe der Mannschaft

Die Fertigerbesatzung besteht üblicherweise aus einem Fahrer, zwei Arbeitskräften an der Bohle und eventuell einer vierten Kraft für Einweisungstätigkeiten und Handeinbau. Die Aufgabe des Fahrers ist in erster Linie, den Fertiger in der vorgegebenen Spur zu lenken. Zur Orientierung dient dabei die Zeigerstange (siehe Abb. 4.15) als Referenz. Dies kann entweder der gespannte Draht, Randstein oder Ähnliches sein. Je feinfühliger der Fahrer die Maschine beherrscht, umso weniger müssen die Varioteile verstellt werden. Die Zuständigkeit beinhaltet auch den Kübel, dessen Betätigung dem Fahrer zufällt. Hier ist darauf zu achten, dass stets genug Material im Kübel vorhanden ist. Droht das Förderband leerzulaufen, ist entsprechend früh die Maschine anzuhalten. Idealerweise sollte die Fahrgeschwindigkeit dem Materialnachschub angepasst sein. Das Personal an der Bohle muss einige Dinge gleichzeitig kontrollieren. Die Einstellung der Stampferdrehzahl, Pressleisten und Vibration erfolgt direkt durch das Personal an der Bohle. Die Seitenbegrenzung sollte vor Arbeitsbeginn mit Trennmittel eingesprüht werden, um ein übermäßiges Anhaften von Bitumen zu vermeiden. Ergibt sich während des Einbaus eine zeitliche Gelegenheit, sollten diese genutzt werden, um den Einsprühvorgang zu wiederholen. Die Funktion der Schnecke unterliegt ebenfalls den Arbeitern an der Bohle. Üblicherweise wird die Schnecke jedoch durch Ultraschallsensoren geregelt und bedarf somit keines regelmäßigen Eingreifens. Das Einstellen der Nivellier-Sensoren erfolgt zu Beginn des Einbaus und muss stets überwacht werden. Die Materialvorlage im Bereich der Ausfahrteile muss mit einer gewissen Voraussicht gesteuert werden. Fehlt Material, entstehen Einkerbungen (siehe Abb. 4.16). Die Seitenbegrenzungen begrenzen den durch die Schnecke 3 s. Abschn. 4.3.1.

4.12

Aufgabe der Mannschaft

93

Abb. 4.15 Zeigerstange am Fertiger: Volvo AB, Göteborg, Schweden

geförderten Materialfluss zur Seite (siehe Abb. 4.17). Es kann nur sehr eingeschränkt Material durch die Seitenbegrenzungen bewegt werden. Muss das Varioteil eingefahren werden, ist vorher der Materialstand niedrig zu halten. Der zusätzliche vierte Mann kann die Lkw-Einweisung übernehmen und dafür sorgen, dass das Material vollständig in den Kübel gelangt und sich keine kalten Anhäufungen auf den Schubrollen oder in deren Nähe ansammeln können. Müssen Bereiche per Handarbeit eingebaut werden, ist entsprechend mehr Personal einzuplanen.

Abb. 4.16 Einkerbung durch fehlendes Material: Volvo AB, Göteborg, Schweden

94

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

Abb. 4.17 Seitenbegrenzung der Bohle. (Foto: Frank Dörrie)

TIPP

Reinigen des Kübels Werden vor dem letzten Baustellenkipper des Tages der Kübel und die Förderkette mit Trennmittel eingesprüht, sorgt die Wärme der letzten Ladung für eine reinigende Wirkung im Kübel. Es muss allerdings sparsam mit Trennmittel umgegangen werden, da dies negative Auswirkungen auf das Einbaumaterial haben kann.

4.13

Tagesabschluss

Mit dem Einbau der letzten Lkw-Ladung des Tages wird eine Quernaht angelegt. Im Prinzip wird mit dem letzten Rest Einbaumaterial eine Rampe geformt, damit die Walze die Straße bis zum Abschluss verdichten kann. Die Rampe wird vor erneutem Baustellenbeginn wieder entfernt, es sollte jedoch auf eine saubere und senkrechte Nahtstelle geachtet werden. Die Umsetzung kann dabei in mehreren Verfahren erfolgen. Die beste, aber umständlichste, Variante nutzt eine Holzleiste, die in die Fahrbahn eingelegt wird, um eine saubere Kante zu erhalten. Der Bereich nach der Leiste wird mit Sand abgestreut, auf dem anschließend eine Rampe gebildet wird. Der Sand vereinfacht das Entfernen der Rampe erheblich. Jedoch versperrt normalerweise der Fertiger den Zugang in diesem Bereich und ein Abstreuen ist nicht möglich. Das beste Nahtergebnis wird erreicht, wenn die Rampe ohne ein Holzelement aufgebaut wird und diese im kaltem Zustand wieder entfernt wird. Dazu wird mit einem Trennschleifer (Trennjäger) die Schicht sauber geschnitten und die Rampe schließlich mit der Fräse, dem

4.14 Wartung der Maschinen am Ende des Tages

95

Drucklufthammer (Presslufthammer) oder ähnlichem Werkzeug entfernt. Es ist in jedem Fall darauf zu achten, dass die Längsebenheit der eingebauten Schicht gegeben ist. Mit einem Richtscheit wird geprüft, an welcher Stelle die Rampe beginnt und an welcher Position der Schnitt gesetzt werden muss.

4.14

Wartung der Maschinen am Ende des Tages

Die letzte Aufgabe des Tages sollte stets das Reinigen und Abschmieren der Maschine sein. Moderne Fertiger besitzen zur Unterstützung des Personals meist eine automatische zentrale Abschmieranlage. Die Zentralschmiersysteme verteilen durch eine Hochdruckpumpe Fett aus einem Vorratsbehälter direkt über Leitungen an die Lagerstellen, hier werden bis zu 300 bar Druck erreicht. Diese Einrichtung erleichtert das Abschmieren erheblich und unterstützt durch geringes, aber regelmäßiges Abschmieren die Lagerlebensdauer. Allerdings muss der Vorratsbehälter täglich auf eine ausreichende Füllmenge überprüft werden. Nicht jedes Fett ist für die Verwendung in einem solchem Zentralschmiersystem geeignet. Voraussetzung ist, dass es ausreichend fließfähig ist und so durch mehrere Meter Schlauchleitung gepresst werden kann. Die Lager der Stampfer und Vibratoren müssen ebenfalls täglich abgeschmiert werden. In diesem Fall dient das Fett nicht nur der Schmierung, sondern schützt auch gegen eindringenden Schmutz. Sind sogenannte Progressivverteiler (Abb. 4.18) vorhanden, werden mehrere Lagerstellen über eine einzelne Abschmierstelle am Verteiler versorgt. Die gelagerten Wellen sollten sich, während die Lager angeschmiert werden, langsam drehen, damit das Fett sich gleichmäßig im Lager verteilen kann. Eine deutliche Überfettung führt paradoxerweise zu einem Lagerschaden in Folge von Unterfettung. In einem übervollen Lager wird durch das Walken des Fettes so viel Wärme entwickelt, dass sich das Fett verflüssigt und schließlich aus dem Lager austritt. Ein übertriebendes Schmieren schadet den Lagern unmittelbar! Die empfohlene Fettmenge ist hier unbedingt einzuhalten.

Abb. 4.18 Schema Progressivverteiler

96

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

TECHNIK

Schmierfett Im Straßenfertiger sind einige Lagerstellen extremen Temperaturen ausgesetzt. Die äußere Schneckenlagerung wird während des Einbaus vollständig von heißem Einbaumaterial umschlossen. Abhängig von der Temperatur des eingebauten Materials kann die Temperatur der äußeren Schneckenlagerung bis zu 200 ◦ C erreichen. Die Lagerung des Förderbandes (Kratzerband) ist ebenfalls durch die Temperaturen des Einbaumaterials hoch belastet. Die durch die Hersteller der Baumaschinen angebotenen oder vorgeschriebenen Fette sind besonders hochwertig. Innerhalb der Garantiezeit müssen in der Regel die vorgeschriebenen Fette eingesetzt werden, damit die Gewährleistung erhalten bleibt. Häufig ist es für den Bauunternehmer jedoch wirtschaftlicher, ein einheitliches Fett für alle eingesetzten Baumaschinen nutzen zu können. Die Auswahl eines alternativen Fettes ist allerdings nicht einfach. Im Fall der Schneckenlagerung handelt es sich um langsam drehende Lager, welche in 200 ◦ C heißer und flüssiger Umgebung betrieben werden. In der Technik ist dies ein konstruktiver Sonderfall, vergleichbare Anwendungen an fettgeschmierte Lagerungen sind kaum zu finden. Dazu kommt, dass für die Zentralschmierung das eingesetzte Fett in der Konsistenz sehr weich sein muss. Ein Fett der Klasse NLGI #1 oder ein weiches #2 (#0 fließend, #6 hart) ist geeignet. Wird ein zu festes Fett gewählt, kann dies in der kalten Jahreszeit zu Problemen mit der Zentralschmierung führen. Der Druck der Pumpe reicht in diesem Fall nicht aus, um das Fett durch die Leitungen zu pressen. Im Sommer kann ein festes Fett dagegen sehr gut funktionieren. Eine niedrige Viskosität steht meist im Widerspruch zu der Temperaturbeständigkeit. Feste Fette sind in der Regel temperaturbeständiger als weiche Fette. Die Temperaturangabe im Datenblatt hilft hier nicht weiter. Daraus resultiert, dass die Schmiereigenschaften ab 180 ◦ C nur eine untergeordnete Rolle spielen. Wichtiger als die Schmiereigenschaft ist, dass die Konsistenz des Fettes erhalten bleibt und so das Lager vor eindringendem Bitumen schützt. Härtet das Fett über 200 ◦ C aus, kann dies zum Platzen der Schmierleitungen führen. Ein Verflüssigen des Fettes hat zur Folge, das Bitumen durch die Labyrinthdichtungen bis zum Lager vordringen kann. Die Wahl eines geeigneten Fettes kann eigentlich nur durch umfangreiche Aufheizversuche in einem Labor erfolgen, indem die Konsistenzen der Fette über 200 ◦ C getestet werden. Grundsätzlich eignen sich Fette mit fast allen Verdickerarten (Verseifungen). Eine Ausnahme bilden Fette mit anorganischem Verdicker (Bentonit), welche bei Übertemperatur schnell zum Verfestigen neigen.

4.14 Wartung der Maschinen am Ende des Tages

97

4.14.1 Reinigen Auf den Baustellen wird häufig mit Diesel gereinigt, weil kaum ein anderes Mittel eine ähnlich gute reinigende Wirkung gegenüber Bitumen aufweist. Selbstverständlich ist der Einsatz von Diesel aus Gründen des Umweltschutzes in den meisten Ländern nicht erlaubt! Diesel schädigt als Lösungsmittel das Einbaumaterial und darf nicht mit dem zum Einbau bestimmten Material in Kontakt kommen. Zum Reinigen sind spezielle, umweltfreundliche Trennmittel (meistens als Emulsion) zu verwenden. Es ist besonders wichtig, das Förderband gut zu reinigen. Ausgehärtetes Einbaumaterial kann das Förderband so weit verkleben, dass die Hydraulik nicht in der Lage ist, das Förderband loszubrechen. Zum richtigen Reinigen wird das Förderband langsam zum Laufen gebracht und dabei mit Trennmittel eingesprüht. Anschließend wird das Band einige Minuten weiter laufen gelassen, um Bitumenreste wieder zu lösen. Ähnlich wird mit den Stampfern und den Pressleisten verfahren. Im langsamen Betrieb wird das Trennmittel aufgesprüht. Je nach dem Grad der Verschmutzung kann es erforderlich sein, die Vorderwände vor den Stampfer abzuklappen und den Stampfer so zum Reinigen zugänglich zu machen. Durch die leicht exzentrische Bewegung des Stampfers sowie die Kapillarwirkung zwischen Stampfer und Vorderwand bzw. Bodenplatte kann Bitumen aus dem Einbaumaterial in den Bereich über der Stampfleiste gefördert werden. Abhängig von der Drehrichtung des Stampfers kann dieser Effekt verstärkt werden. Die Ablagerungen müssen regelmäßig manuell entfernt werden. Lagert sich mit der Zeit zu viel Material an, kann dieses durch die Heizung im Stampfer nicht mehr ausreichend erwärmt werden und die Stampfer sind blockiert. Das restliche Einbaumaterial muss zum Ende der Baustelle vollständig aus dem Kübel entfernt werden, um Vermischen von altem und neuem Einbaumaterial zu verhinden. Dies ist besonders wichtig, wenn ein Wechsel zwischen sehr unterschiedlichen Materialien bevorsteht. Löst sich etwa altes Material aus der Binderschicht, führt dies in einer einzubauenden Deckschicht zu Fehlstellen.

ACHTUNG

Feuergefahr! Mit dem Einsatz von Diesel besteht eine erhebliche Feuergefahr! Auslaufender Diesel aus der Sprüheinrichtung oder versehentliches Besprühen von Gasbrennern mit Diesel kann schnell zum Abbrennen der ganzen Maschine führen. In diesem Fall muss von grober Fahrlässigkeit ausgegangen werden, bei der Versicherungen normalerweise nicht für den Schaden aufkommen. Moderne Fertiger sind fast vollständig mit flexiblen Hydraulikschläuchen ausgestattet, die einem offenen Brand nicht lange standhalten und brennbares Hydrauliköl freisetzen können. Mit Öl getränkte Lärmschutzmatten sind leicht

98

4 Erstellung einer Landstraße (Tragschicht)

entzündlich (Achtung bei Wartung und Reparaturen). Das Bereithalten von Feuerlöschern an der Maschine ist dringend zu empfehlen. Es ist zu beachten, dass der Aufstieg zum Fertiger über die Bohle erfolgt und im Fall eines Brandes eventuell nicht benutzt werden kann. Der Feuerlöscher sollte also nicht neben den Fahrersitzen liegen, sondern besser von außen am Fertiger angebracht sein.

TECHNIK

Progressivverteiler Progressivverteiler sind Blöcke mit mehreren Anschlüssen für Schmierleitungen. Durch eine zentrale Schmierstelle wird Fett auf die einzelnen Anschlüsse verteilt. Die Zuteilung wird dabei durch ein Kolbensystem gesteuert. Erst wenn der für die Schmierstelle zugeordnete Kolben sich in der Entstellung befindet und die entsprechende Lagerstelle die zugeteilte Menge Fett erhalten hat, wird der Weg für das Fett zum nächsten Kolben freigegeben. Nach der letzten Schmierstelle beginnt die Verteilung von vorne, dabei sind die durch die Kolben zugeteilten Fettmengen minimal. Mit einem Hub der Fettpresse werden alle Schmierstellen einige Male angesprochen, dem Betrachter erscheint es, als ob aus allen Stellen gleichzeitig Fett austritt. Für die Fehlersuche ist wichtig zu wissen, ob die Verteiler ordnungsgemäß funktionieren oder ein Defekt vorliegt. Es ist konstruktionsbedingt nicht möglich, dass einzelne Schmierstellen nicht versorgt werden.

5

Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

Der Neubau von Landstraßen ist in Deutschland mittlerweile eher selten geworden. Die Erschließung neuer Gebiete hat stets auch eine Zunahme der Flächenversiegelung durch die Straßen zur Folge. Zudem tragen neue Straßen dazu bei, dass Flächen zerschnitten und fragmentiert werden und so für Tiere mit einem großen Bewegungsradius nicht mehr © Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2020 M. Kappel, Angewandter Straßenbau, https://doi.org/10.1007/978-3-658-29470-0_5

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100

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

nutzbar sind. Für den Staat kommt hinzu, dass mit dem Ausbau des Straßennetzes ebenfalls die Fixkosten zu dessen Erhaltung steigen. Es besteht deshalb ein allgemeines Interesse, den Flächenverbrauch in Deutschland gering zu halten. Täglich werden in Deutschland etwa 22 Hektar (Stand 20041 ) durch den Straßenbau versiegelt. • 10 ha kommunale Erschließungsstraßen • 7 ha kommunale Wege • 5 ha Hauptverkehrsstraßen und Autobahnen Dazu kommen landwirtschaftliche Wege, die schon vorhanden sind, aber zunehmend versiegelt werden. In unserem nächsten Beispiel handelt es sich um eine typische Instandsetzung einer Landstraße. Eine Fahrbahnhälfte weist Schäden auf und soll auf einer Länge von 300 m ersetzt werden. Die Binder- und Deckschicht wurden bereits durch Kaltfräsen abgetragen und sollen nun neu aufgebaut werden.

5.1

Planung der Baustelle

Die Qualität der Straßen und die Effizienz der Einbaumannschaft sind davon abhängig, wie gut die Baustelle zuvor geplant wurde. Zu der Planung gehört die Auswahl der richtigen Maschinen in zueinander passenden Verhältnissen2 . Zu der unmittelbaren Planung ist auch ein Blick in die lokale Wettervorhersage wichtig. Kann mit Regen gerechnet werden? Wie waren die Temperaturen der vergangenen Nächte? Muss mit starkem Wind gerechnet werden? Je widriger die Wetterumstände sind, desto mehr Zeit muss zum Vorheizen der Bohle eingeplant werden. Soweit es nicht in der Leistungsbeschreibung vorgeschrieben ist, muss entschieden werden, auf welche Breite die Bohle aufgerüstet werden soll (Abb. 5.1). Ist ein Fertiger ausreichend, oder müssen mehrere parallel eingesetzt werden? Wenn damit zu rechnen ist, dass viele Bereiche in Handarbeit erstellt werden müssen, erfordert dies eine entsprechende Aufstockung der Mannschaftsstärke.

5.1.1

Einbaurichtung

Die Einbaurichtung bestimmt sich zunächst danach, aus welcher Richtung das Einbaumaterial am besten angeliefert werden kann. Dabei sollte die Anlieferung möglichst nicht über zuvor eingebaute Schichten erfolgen, wenn diese nicht weit genug abgekühlt sind. Normalerweise lässt sich nie vermeiden, dass die Kipper über die mit Haftkleber angespritzte Fläche 1 Umweltbundesamt, Berlin, Juli 2004, Hintergrundpapier: Flächenverbrauch, ein Umweltproblem

mit wirtschaftlichen Folgen. 2 s. Kap. 3 Einsatzplanung.

5.1

Planung der Baustelle

101

Abb. 5.1 Auszug aus der Leistungsbeschreibung

fahren müssen. Alle anderen Fahrzeuge sollten dies jedoch nicht tun. Sind die vorhandenen Platzverhältnisse infolge der Verkehrsführung gering, ist im Zweifel Richtung Mischwerk einzubauen. Auf Gebirgsstraßen bzw. Straßen mit großer Steigung ist es von Vorteil, bergauf einzubauen. Dies setzt voraus, dass die Leistung sowie die Traktion des Fertigers ausreichend groß sind, um den Kipper gegen die Steigung aufwärts zu schieben. Bergauf kann der Kontakt zum Kipper nicht abreißen und Einbaumaterial kann nicht aus dem Kübel des Fertigers fallen. Kann im Vorhinein abgesehen werden, dass die Leistungsreserven des Fertigers nicht ausreichend sein werden, ist der Einsatz von besonders kleinen Kippern eine Möglichkeit, den Fertiger zu entlasten. Die Einbaurichtung bergab zu wählen, ist für die Lastwagenfahrer sehr anspruchsvoll. Es muss stets gebremst werden, ohne jedoch den Fertiger auflaufen zu lassen. Eine Hilfe sind dabei Kipper, die mit einer Fertigerbremse (Finisher Brake) ausgestattet sind. Dabei wird der Kipper automatisch eingebremst, um den Kontakt zum Fertiger zu halten, jedoch ohne den Fertiger dabei übermäßig zu behindern. Die Bremskraft kann dabei in Abhängigkeit von Ladung, Gefälle und Einbaugeschwindigkeit eingestellt werden.

102

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

Ein Grund, den Einbau dennoch bergab durchzuführen, ist häufig, dass das Material von einem Mischwerk aus dem Tal geliefert wird und die Platzverhältnisse keine Alternative zulassen.

5.1.2

Erstellung einer Baustellenskizze

Im Rahmen der Planung und der Baustellenvorbereitung kann eine Baustellenskizze hilfreich sein. Dies ist besonderes sinnvoll, wenn auf der Baustelle mehrfach neue Bahnen angesetzt werden müssen oder viele Bereiche in Handarbeit erstellt werden sollen. Eine einfache Handskizze mit Angaben über Reihenfolge der Bahnen, Einbaurichtung, Breite der Bahnen sowie den Bereichen, die in Handarbeit erstellt werden müssen, ist für die Einbaumannschaft entsprechend hilfreich (Abb. 5.2). Eine solche Skizze sollte allen Beteiligten an der Baustelle ersichtlich sein. Eine Kopie kann etwa mit Magneten direkt am Fertiger befestigt sein. Die Informationen sind so der kompletten Einbaumannschaft leicht zugänglich.

Abb. 5.2 Beispiel für eine Baustellenskizze

5.2

Übernahme der Baustelle

5.2

103

Übernahme der Baustelle

In diesem Beispiel wurde die Straße bereits von einem weiteren Bauunternehmen abgefräst. Anschließend soll nun eine neue Binder- und Deckschicht erstellen werden. Es ist nicht unüblich, dass verschiedene Arbeitsschritte von verschiedenen Unternehmen und somit durch verschiedene Arbeiter umgesetzt werden. Bevor aber eine solche Baustelle übernommen wird, sollte diese ausführlich begutachtet werden. Wurden alle Arbeiten nach Plan erledigt? Entspricht die Ebenheit der abgetragenen Straße den Vorgaben? Wurden eventuell Bereiche vergessen? Diese Fragen sollten vor Baubeginn geklärt sein. Werden Mängel entdeckt, ist entsprechend die Bauleitung zu informieren.

5.2.1

Schichtenverbund

Mit dem Begriff Schichtenverbund wird im Straßenbau der Verbund zwischen zwei aufeinander liegenden Schichten beschrieben. Im Straßenbau müssen die heiß eingebauten Schichten fest miteinander verbunden werden. Die Belastungen aus dem Straßenverkehr werden am besten aufgenommen, wenn sich die Straße wie ein kompakter Baukörper verhält. Eine warm eingebaute Schicht zieht sich aufgrund der temperaturbedingten Schrumpfung während des Erkaltens wieder zusammen. Durch eine gute Anbindung an die darunter liegende Schicht wird verhindert, dass sich die eingebaute Schicht während des Abkühlens verschieben kann. Die Schrumpfung wird dabei in die noch freie Dimension der Schichtdicke gezwungen. Die eingebaute Schicht wird also während des Abkühlens theoretisch dünner. Die im Asphalt entstandenen Spannungen bauen sich mit der Zeit durch Kriechvorgänge ab. Ein mangelnder Schichtenverbund zeigt sich immer besonders deutlich an den Nahtstellen der Straße. Infolge von klimatischen Temperaturschwankungen verschieben sich die nebeneinander liegenden Schichten zueinander und bilden deutliche Risse im Nahtbereich. Durch eindringendes und gefrierendes Wasser entstehen schnell Folgeschäden, indem Nähte durch das Eis aufgesprengt werden. Ein nicht genügender Schichtenverbund trägt zudem zu der Bildung von Spurrinnen bei. Physikalisch wird der Schichtenverbund einerseits durch ein Verzahnen der Oberflächen (Reibung) und andererseits durch ein Verkleben der Flächen erreicht. Eine hohe Rauigkeit der Oberfläche steigert den Schichtenverbund durch bessere Reibwerte. Störend wirkt alles, was ein Verkleben oder Verhaken der Oberfläche behindern kann. Die Oberfläche muss folglich möglichst frei von Sand und Verschmutzung sein. In den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt“ (ZTV Asphalt-StB 07/13) wird für den Schichtenverbund in der Regel ein Ansprühen der Flächen mit polymermodifizierten oder lösemittelhaltigen Bitumenemulsion (z. B. Haftkleber) gefordert. Im Rahmen des Bauvertrags wird ein ausreichender Schichtenverbund durch Prüfung festgestellt.

104

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

Abb. 5.3 Kehrmaschine im Baustelleneinsatz: Eigenaufnahme, USA, 2009

Reinigen der Oberfläche Aus der Leistungsbeschreibung geht hervor, dass die Straße für einen guten Schichtenverbund zunächst gereinigt werden muss. Zum Reinigen eignen sich entweder konventionelle Straßenkehrmaschinen oder Vorbau-Kehrmaschinen (Abb. 5.3). Muss eine intensivere Reinigung mit Wasser vorgenommen werden, ist eine entsprechende Wartezeit für das Abtrocknen der Oberfläche einzuplanen. Der Kehricht ist umweltverträglich zu entsorgen und keinesfalls in das Planum einzuarbeiten. Das Reinigen der Fahrbahn ist entsprechend aufwendig. Nach Möglichkeit sollte eine Verschmutzung der Fahrbahn von allen am Bauprojekt Beteiligten vermieden werden. Anspritzen mit Bitumenemulsion Das für den Schichtenverbund nötige Verkleben der Schichten wird mit aufgebrachtem Haftkleber erreicht. Eingesetzt werden Bitumenemulsionen3 , die hauptsächlich aus Straßenbaubitumen, Wasser, Emulgatoren sowie Stabilisatoren bestehen. Emulgatoren sind chemische Zusätze, welche eine feine Vermischung von Bitumen und Wasser ermöglichen. Die Stabilisatoren verhindern, dass die Bestandteile sich zu schnell wieder trennen. Nach dem pH-Wert der Zusätze werden anionische (basisch) oder kationische (sauer) Emulsionen unterschieden. Des Weiteren wird in unstabile (U), halbstabile (H) und stabile (S) Emulsionen differenziert. Zusätzlich können auch sogenannte Fluxmittel enthalten sein, bei denen es sich um schwerflüchtige Öle handelt, die als Lösungsmittel für Bitumen dienen. Fluxmittel sind natürlicher weise in Diesel und anderen Mineralölprodukten enthalten, was die meist gute reinigende Wirkung erklärt. Heute werden aufgrund der besseren Haftwirkung überwiegend kationische Bitumenemulsionen im Straßenbau eingesetzt. Bitumenemulsionen können mit einigen Wochen nur relativ kurz gelagert werden. Das Verarbeiten sollte nach Möglichkeit ohne eine lange Zwischenlagerung erfolgen. Werden die Emulsionen gelagert, ist darauf zu achten, dass stets die älteste Verpackungseinheit entnommen wird (First In First Out). Für die Verarbeitung müssen die Emulsionen aufgeheizt 3 Eine Emulsion ist ein fein verteiltes Gemisch zweier normalerweise nicht mischbarer Flüssigkeiten ohne sichtbare Entmischung. Eins der bekanntesten Beispiele ist die Aufnahme von Fett in Wasser bei Milch.

5.2

Übernahme der Baustelle

105

Abb.5.4 Maschinelles Anspritzen der Fläche mit Haftkleber: Nadler Straßentechnik GmbH, Schweitenkirchen

werden. Das Anspritzen erfolgt entweder mit speziellen Rampenspritzgeräten oder mit einer handgeführten Lanze in Verbindung mit einer Motorpumpe (Abb. 5.4). Dabei ist der beheizte Tank mit der Pumpe auf einem Handwagen montiert und wird durch den Bediener gezogen. In der Leistungsbeschreibung kann eine bestimmte Menge in kg pro Quadratmeter gefordert werden. Solche Angaben sind mit einer manuellen Führung nur schwer einzuhalten. An Sprühfahrzeugen kann die aufzutragende Menge direkt eingestellt werden und so eine genaue Dosierung sicher aufgebracht werden. Diese Arbeit kann auch an Subunternehmer vergeben werden, die sich auf das Anspritzen spezialisiert haben. Soll das Anspritzen per Hand erfolgen, ist darauf zu achten, dass die komplette Fläche gleichmäßig benetzt wird. Zu viel aufgetragenes Bindemittel wirkt wie ein Gleitfilm zwischen den Schichten und verschlechtert die Schichtbindung! Wird eine Fläche neben einer schon fertigen Deckschicht angespritzt, ist diese während des Ansprühens abzudecken. Typischerweise deckt ein Arbeiter die vorhandene Deckschicht mit einem Schild ab, während ein zweiter Arbeiter das Anspritzen übernimmt. Als Sondermaschinen werden auch Straßenfertiger mit einer vor der Bohle angebrachten Sprühanlage4 für Bitumenemulsionen angeboten (Abb. 5.5). Dabei wird die heiße Emulsion erst unmittelbar vor dem Schichteinbau aufgetragen. Mit diesem Verfahren können für die Straßeninstandhaltung extrem dünne Einbauschichtdicken realisiert werden. Zusätzlich soll ein zu rasches Auskühlen der eingebauten Schicht durch die heiß aufgebrachte Emulsion verhindert werden. Für den innerstädtischen Bereich ist von Vorteil, dass die beschickenden

4 s. Abschn. 16.4 DSH.

106

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

Abb. 5.5 Fertiger mit Sprühanlage für Bitumenemulsion: Joseph Vögele AG, Ludwigshafen

Lkw das bei konventioneller Bauweise an den Reifen haftende Bindemittel nicht auf umliegende Flächen verteilen können.

5.2.2

Erstellen und Behandlung der Längsnaht

Als Längsnaht wird die Kontaktfläche zwischen zwei nebeneinander eingebauten Bahnen bezeichnet. Die Schichten der Bahnen oder Einbaustreifen müssen dabei ähnliche Materialeigenschaften aufweisen. Eine Kontaktfläche zwischen einer Betonfahrbahn und einer Asphaltbahn wird dagegen als Fuge bezeichnet. Die Naht einer Straße ist im Einbauvorgang besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Eine unsachgemäße oder nur nachlässig angelegte Naht ist eine große Schwachstelle in der Asphaltbefestigung, welche sich schnell durch Risse bemerkbar machen wird. Mangelnder Schichtenverbund5 führt zu hohen Scher- und Zugkräften die ebenfalls entlang der Nähte zu Rissen führen. Wenn es die Baustelle zulässt, sollte möglichst die Bohle auf die entsprechende Gesamtbreite der Straße aufgerüstet werden. Ein nahtfreier Einbau ist immer zu bevorzugen! Die Position der Nähte muss in jeder Schicht versetzt liegen. Nach den aktuellen Richtlinien ist ein Versatz von mindestens 15 cm einzuplanen. Ist dieser Versatz bei streifenweisem Einbau nicht möglich sind Fugen in der Asphaltdeckschicht vorzusehen.

5 s. Abschn. 5.2.1 Schichtenverbund.

5.2

Übernahme der Baustelle

107

Abb. 5.6 Straßenquerschnitt mit Schichtversatz Abb. 5.7 Kontakfläche mit einem Winkel anlegen

Vergleichbar mit einer gemauerten Wand, dient das Versetzen der Nähte unter anderem der Stabilisation. Zudem kann Wasser, das durch eine beschädigte Naht der Deckschicht sickert, zunächst nicht weiter vordringen. Die letzte Deckschichtnaht muss sich neben der später aufgetragenen Fahrbahnmarkierung befinden! Dies wird wichtig, wenn sich innerhalb des Gewährleistungszeitraumes doch Risse entlang der Naht zeigen sollten. Werden die Risse zur Sanierung beispielsweise mit Bitumenschmelzbändern abgedeckt, sollte die Fahrbahnmarkierung nicht auch noch neu erstellt werden müssen. Diese Kosten können für den Bauunternehmer nicht unerheblich sein. In der Trag- und Binderschicht sollte die Kontaktfläche der ersten Bahn idealerweise mit einem Winkel von 100−110◦ erstellt werden. Auf die technische Erstellung der Naht wird im Kapitel Abböschung6 ausführlich eingegangen. Die Kontaktfläche der ersten Bahn muss mit einem verklebenden und abdichtenden Mittel vorbehandelt werden (Abb. 5.6 und 5.7). 6 Abschn. 6.4.

108

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

Die in diesem Beispiel nacheinander eingebauten Bahnen bestehen aus dem gleichen Material und dürfen sich später nicht mehr relativ zueinander bewegen. TECHNIK

Polymermodifizierte Bitumen (PmB) Polymermodifizierte Bitumen sind verbesserte Bitumen, die mit Polymeren (Kunststoffen) versetzt sind. Durch Zugabe von Polymeren können die elastischen Eigenschaften des Bitumens verbessert werden. Asphalte mit diesem Bitumen werden für hochbelastete Straßen sowie für Stellplätze eingesetzt. Die meisten Parkflächen für Autos sind nicht nur aus optischen Gründen gepflastert. Einfacher Asphalt kann einer dauerhaften Druckbelastung nicht standhalten. Die Zusätze verhindern, dass der Asphalt unter der Last der parkenden Autos zu fließen anfängt.

Weil die zuvor eingebaute Bahn bereits erkaltet ist, wird bei dieser Einbautechnik von einem Kalt-an-Heiß-Einbau gesprochen. Für das Verbinden der neuen Bahn mit der Flanke der alten Bahn eignet sich heiß oder kalt verarbeitbarer Bitumen-Nahtkleber. In der Regel wird wegen der besseren Haftwirkung heiß zu verarbeitender Nahtkleber auf Basis spezieller polymermodifizierter Heißbitumen (vgl. [67]) bevorzugt (Abb. 5.8). Kalt zu verarbeitende

Abb. 5.8 Aufbringen von Nahtkleber: Nadler Straßentechnik GmbH, Schweitenkirchen

5.2

Übernahme der Baustelle

109

Abb. 5.9 Manuelles Aufbringen von Nahtkleber: Eigenaufnahme, 2011

Haftkleber (lösemittelhaltige Bitumenemulsionen) haben den Vorteil, dass durch die thixotrope7 Viskositätseinstellung das Haftverhalten verbessert wurde. Es wird verhindert, dass der Haftkleber von der Kontaktfläche abläuft. Dadurch wird ermöglicht, dass der kalt zu verarbeitende Haftkleber relativ genau dosiert werden kann. Welcher Haftkleber in welcher Menge aufzubringen ist, wird bereits in den Ausschreibungen beschrieben. Meist wird eine einzusetzende Menge von 200 g pro laufendem Meter bei einer 4 cm Deckschicht nach „M SNAR“ 8 gefordert. Die 50 g pro laufendem Meter und Zentimeter Schichtdicke sind in der Praxis relativ schwierig einzuhalten (Abb. 5.9 und 5.10). Der aufzubringende Film soll kompletten auf der Nahtflanke haften. Bis zum Erkalten des heiß aufgebrachten Haftklebers fließt dieser jedoch an der Nahtflanke hinab und bildet nur einen ungleichmäßigen Film aus. Das „Merkblatt für Schichtenverbund, Nähte, Anschlüsse, Randausbildung von Verkehrsflächen aus Asphalt“ (M SNAR) ist zurückgezogen worden und durch die ZTV Asphalt-StB 07 ersetzt (Abb. 5.11). Zum Auftragen des heißen Haftklebers kommen, ähnlich wie beim weiter oben beschriebenen Anspritzen der Straßenfläche, beheizte Kessel mit Schlauch und Lanze zum Einsatz. Auch hierfür gibt es selbstfahrende Fahrzeuge, mit denen das Anspritzen maschinell

7 Je länger eine thixotrope Flüssigkeit umgerührt wird, desto dünnflüssiger wird sie. Nach Beendigung

der Scherbelastung steigt die Viskosität zeitabhängig wieder an. 8 Merkblatt für Schichtenverbund, Nähte, Anschlüsse, Randausbildung von Verkehrsflächen aus Asphalt [67].

110

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

Abb. 5.10 Unzureichend aufgebrachter Haftkleber: Eigenaufnahme, USA, 2009

Abb. 5.11 Kalt aufgebrachter Nahtkleber: Nadler Straßentechnik GmbH, Schweitenkirchen

erfolgen kann. Die in Abb. 5.10 gezeigte Methode mit einem Auslaufkübel ist dagegen wenig geeignet, um die Kanten gleichmäßig und flächig zu benetzen.

5.3

Nivellieren zu einer Referenzfläche

Im vorhergehenden Beispiel wurde mithilfe eines gespannten Drahtes die Referenzhöhe für die Straße festgelegt und mit einem Ultraschallsensor abgetastet. Der gleiche Sensor kann aber auch zum Abtasten bestehender Asphaltschichten oder schon vorhandener Randsteine genutzt werden. Ultraschallabtaster können aus mehreren Ultraschallsendern und

5.3

Nivellieren zu einer Referenzfläche

111

Empfängern bestehen, die eine größere Fläche abtasten, oder einfach nur aus einem Sender und Empfänger. In diesem Beispiel kann die neben der ausgefrästen Fahrbahn bestehende Deckschicht als Referenzfläche genutzt werden (siehe Abb. 5.13). Es wird dadurch automatisch sichergestellt, dass die neue Fahrbahn der alten Fahrbahn im Höhenprofil folgt. Der in Skibauweise ausgeführte und mit mehreren Sendern und Empfängern ausgestattete Sensor wird dazu in Längsrichtung auf die vorhandene Fahrbahn gerichtet. Die richtige seitliche Position des Sensors ist auf Höhe des Schneckenkanals. Über die abgetastete Fläche wird elektronisch ein Mittelwert gebildet, offensichtliche Fehlmessungen können so gefiltert werden. Die Genauigkeit dieser Modelle liegt etwa bei zwei Millimetern im Modus der Bodenabtastung. Die Seilabtastung ist mit etwa vier Millimetern Messungenauigkeit etwas ungenauer. In der zum Sensor gehörenden Regelelektronik wird durch den Bediener zunächst eine Sollhöhe festgelegt. Normalerweise wird die Dicke der einzubauenden Schicht als Referenz gewählt. Die Regelungselektronik versucht, durch ein entsprechendes Verstellen der Nivellierzylinder die Bohle in der gewünschten Höhe zu halten. Wird der Nivellierzylinder verstellt, zeigt die Elektronik dies dem Bediener meist durch leuchtende Symbole an. Alternativ kann anstelle des Ultraschallsensors auch ein mechanischer Winkelsensor in Verbindung mit einem Gleitski verwendet werden. Die Mechanik erlaubt eine Genauigkeit von unter einem Millimeter und ist somit genauer als eine Ultraschallabtastung. Der Sensor misst die Lage der Drehachse. Es ist darauf zu achten, dass der Ski möglichst unter einem Winkel von 45◦ zur Senkrechten betrieben wird. Ein sehr flacher Winkel erhöht die Ungenauigkeit infolge der nur noch sehr geringen Winkeländerung der Drehachse bei einer Veränderung der Skihöhe. Für die Abtastung einer Asphaltschicht sind beide Sensoren gleich gut geeignet. Welcher Sensor für eine Baustelle im Einzelfall besser geeignet ist, hängt von der Untergrundbeschaffenheit ab. Wird als Referenzfläche eine schmale Bordsteinkante genutzt, ist ein Ski leichter einzustellen und die optische Kontrolle entsprechend einfacher. Ein berührungsloser Sensor kann leicht neben dem Randstein abtasten, ohne dass der Fehler durch den Bediener bemerkt wird (Abb. 5.12 und 5.13). TECHNIK

Ultraschallsensor Technisch funktioniert ein Ultraschallabtaster (Abb. 5.14) wie das Echoortungssystem der Fledermäuse. Es werden kurze Schallimpulse ausgesendet, die vom Untergrund zurückgeworfen werden und im Empfänger registriert werden. Gesendet und empfangen wird mit demselben elektronischen Bauteil. Aus der Laufzeit der Ultraschallwellen (Schallgeschwindigkeit c = 343 m/s = 1235 km/h für 20 ◦ C in Luft) wird die Distanz vom Sensor zum Untergrund errechnet. Die Laufzeit von Schallwellen in der Luft ändert sich stark mit der Temperatur. Die Luftfeuchtigkeit und der Luftdruck haben dagegen einen vernachlässigbar kleinen Einfluss auf die Geschwin-

112

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

Abb. 5.12 Nivellierregler mit magnetischer Befestigung: Eigenaufnahme, 2019

Abb. 5.13 Nivellieren mit einem Ultraschallsensor. (Foto: Frank Dörrie)

5.3

Nivellieren zu einer Referenzfläche

113

Abb. 5.14 Einfacher Ultraschallsensor. (Foto: Frank Dörrie)

digkeit. Ein über der Längsachse des Ultraschallabtasters angebrachter Sensor wird für die Kalibrierung genutzt. Dazu wird eine bekannte Entfernung gemessen und aus der Schalllaufzeit die aktuelle Schallgeschwindigkeit ermittelt. Durch den Einsatz von mehreren Ultraschallsendern in einem Sensor können Fehlinterpretationen leichter erkannt und herausgerechnet werden, auf der Fahrbahn liegende Steine können so erkannt und ignoriert werden. Die Hersteller geben eine optimale Höhe an (etwa 20−30 cm), bei welcher der Fehlerwert am geringsten ist. Ein Mindestabstand ergibt sich daraus, dass eine gewisse Zeit benötigt wird, bis die Ultraschalleinheit von Sendebetrieb auf Empfangen umgeschaltet hat. Theoretisch besteht die Möglichkeit, dass durch Windböen die LufttemperaturSchichtung zwischen Sensor und Untergrund spontan verändert wird und dies eine Fehlmessung erzeugt. In der Praxis ist dies jedoch selten von Bedeutung, wenn nicht ein ungewöhnlich hoher Abstand zwischen Boden und Sensor gewählt wird (> 40 cm), da kurzzeitige Messfehler elektronisch ausgefiltert werden können.

114

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

Abb. 5.15 Nivellieren mit einem Ski. (Foto: Frank Dörrie)

Wird auf der Baustelle nur eine Fahrspur erneuert, kann es sinnvoll oder gefordert sein, dass das unebene Höhenprofil der Straßengegenseite auch auf die neue Straßendecke übertragen wird. Unerwünschte Absätze in der Straßenmitte können so verhindert werden. In solchen Fällen kann die Skilänge am mechanischen Sensor variiert werden. Ein kurzer Ski (0,3 m) sollte eingesetzt werden, wenn die Höhenänderungen schnell weitergegeben werden müssen (siehe Abb. 5.15). Ein langer Ski (0,8 m) ist dagegen zu verwenden, wenn Unebenheiten vermittelt werden sollen.

5.3.1

Neigungssensor

Straßen weisen meistens ein Dachprofil9 oder eine Querneigung10 auf. Wasser soll durch die Neigung der Fahrbahnen schneller zu den Entwässerungseinläufen ablaufen. In Kurven kann durch eine Querneigung das Fahrverhalten der Fahrzeuge verbessert werden. Außerortsstraßen mit zwei Fahrbahnen werden heute mit einseitiger Querneigung ausgeführt. Das Dachprofil wird vorrangig im innerstädtischen Bereich eingesetzt, wenn geringe Fahrgeschwindigkeiten vorgeschrieben sind. 9 Wenn ein Straßenquerschnitt in verschiedene Richtungen geneigt ist, wird dies als Dachprofil

bezeichnet. 10 Die Neigung der Straße (bei Blickrichtung in Kilometrierungsrichtung) nach links wird als negative Querneigung, die nach rechts als positive Querneigung bezeichnet. Der Straßenbereich, in dem die Querneigung von einer auf die andere Seite wechselt, wird als Verwindungsstrecke bezeichnet.

5.3

Nivellieren zu einer Referenzfläche

115

INFO

Das Formelzeichen der Querneigung ist q und wird im Straßenbau stets in Prozent angegeben. 1% = 1 m Höhendifferenz auf 100 m Länge 100 % = 100 m Höhendifferenz auf 100 m Länge = 45◦ Neigung Die Größe der Querneigung richtet sich nach der Projektierungsgeschwindigkeit der Straße, dem Kurvenradius sowie dem Öffnungswinkel der Kurve. Sie beträgt in der Regel zwischen 2,5 % und 6 %, in Ausnahmefällen (Rennstrecken oder Teststrecken) kann die Neigung auch wesentlich höher ausgeführt sein.

In der hier beschriebenen Baustelle wird mit einem Ultraschallsensor die schon vorhandene Straße als Referenz abgenommen. Die ursprüngliche Querneigung der Straße soll ebenfalls wiederhergestellt werden. Ein für diesen Zweck auf der Bohle angebrachter Neigungssensor (siehe Abb. 5.16) kann die Querneigung der Bohle elektronisch erfassen. Mit Anschluss an die Regelungselektronik wird die Bohle nun einerseits durch den Ultraschallhöhensensor und andererseits durch den Neigungssensor geregelt. Mit den zwei Sensorinformationen ist die Lage der Bohle im Raum vollständig definiert. Mehr als zwei Sensoren können somit nicht angebaut werden. Wechselt die Neigung von einer auf die andere Seite (Verwindungsstrecke) oder im Übergang zu einer Kurve, kann die Neigung über eine Rampenfunktion geändert werden. Es wird dabei von einer Neigung kontinuierlich über eine bestimmte Fahrstrecke zur neuen Neigung geregelt. Die Übergänge in eine Kurve erfordern allerdings etwas Erfahrung sowie Übung mit der Steuerungsanlage. Es werden üblicherweise immer nur kurze Streckenabschnitte mit der Steuerung umgesetzt und das Ergebnis anschließend beobachtet. Nivellieranlagen neuester Generation können die vorgegebene Neigung auch streckenabhängig verändern. Dies setzt aber voraus, dass die externen Nivellieranlagen Zugriff auf die Weginformation des Fertigers haben oder es sich um eine integrierte Nivellieranlage handelt,

Abb. 5.16 Neigungssensor: Eigenaufnahme, 2019

116

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

die diese Funktion unterstützt. Bei diesem System müssen nur noch die Zielneigung und die Strecke angegeben werden, um eine kontinuierliche Veränderung der Neigung einzubauen. Dies kann das Personal deutlich entlasten. Durch Anbindung der externen Nivellieranlagen an den Maschinen-Bus11 und die Vernetzung der Nivellieranlagen untereinander ergeben sich neue Anwendungsmöglichkeiten. Bussysteme ermöglichen den Anschluss mehrerer Sensoren gleichzeitig und den Austausch an Informationen zwischen den Nivellieranlagen untereinander. Dadurch wird es dem Bediener möglich, die Werte der Gegenseite sowohl zu sehen als auch diese zu steuern (Überkreuzbedienung). Für Arbeitsbreiten größer sieben Meter ist ein Neigungssensor nicht mehr genau genug. In diesem Fall muss die Querneigung über zwei Leitdrähte festgelegt werden.

5.4

Höhenanpassung der Ausfahrteile

Bohlen mit hydraulisch ausfahrbaren Verlängerungen erfordern eine manuelle Höhennachführung der hinter der Grundbohle angebrachten Verlängerungsteile. Dies bedingt sich aus der Geometrie: Zu jedem Anstellwinkel der Bohle gehört eine entsprechende Höheneinstellung der Ausfahrteile (siehe Abb. 5.17). Jeweils die Hinterkanten der Bohlenteile müssen sich auf einem Höhenniveau befinden. Das bedeutet, dass die Höhe zunächst durch den Bediener abgeschätzt und eingestellt werden muss. Im Fall, dass sich der Anstellwinkel während des Einbaus ändert, muss unmittelbar auch die Höhe der Ausfahrteile erneut nachgeführt werden. Eine falsche Einstellung wird sofort durch einen Absatz in der eingebauten Schicht sichtbar. Nach den ersten Einbaumetern, wenn sich der Anstellwinkel eingestellt hat, wird die Höhe der Ausfahrteile entsprechend eingestellt. Absätze auf den ersten Einbaumetern können nie ganz vermieden werden. Zum Verstellen haben sich verschiedene Mechanismen in den Bohlenkonstruktionen durchgesetzt. Entweder muss die Verstellung mechanisch per Hand oder, etwas komfortabler, durch eine Hydraulik vorgenommen werden. Zur hydraulischen Verstellung sind meist Fernbedienungen vorhanden, so dass während der Verstellung auch durch den Bediener die richtige Höhe optisch überprüft werden kann. Selten werden elektrische Servozylinder (Elektrozylinder) eingesetzt. Für den Bediener ist im Vergleich zur hydraulischen Variante kaum ein Unterschied in der Handhabung feststellbar. Starre Bohlen, ohne hydraulische Ausfahrteile, haben hier den Vorteil, dass keine Notwendigkeit einer solchen Einstellmaßnahme besteht.

11 Als Bus wird das System zur Datenübertragung bezeichnet, bei dem die Teilnehmer nicht an der

Datenübertragung zwischen anderen Teilnehmern beteiligt sind, auch wenn alle über gemeinsame Leitungen kommunizieren.

5.5

Kontrolle der Verdichtung

117

Abb. 5.17 Höhenunterschied durch Anstellwinkel

5.5

Kontrolle der Verdichtung

Die Verdichtung ist ein Messwert, an dem unter anderem die Qualität einer Straße gemessen wird. Der Begriff der Verdichtung beschreibt den noch bestehenden Hohlraumgehalt in der eingebauten Schicht. Diese Definition gilt sowohl für das verdichtete Erdreich als auch für Schichten aus Schotter und Asphaltschichten im Straßenbau. Asphalte, ausgenommen Gussasphalt, weisen nach dem Einbau noch einen verbleibenden Hohlraumgehalt auf. Der Anteil von Hohlräumen am Volumen ist abhängig von der Asphaltsorte und dem Grad der Verdichtung. Für normalen Asphalt beträgt der Hohlraumgehalt im endverdichteten Zustand etwa 3−6 Vol.-%. Im klassischen Asphaltbau nimmt der Hohlraumgehalt von der Deckschicht zur Tragschicht leicht zu. Dieser Aufbau verhindert einen Rückstau von eventuell eindringendem Wasser und vermeidet so Wasseraustrittstellen in der Deckschicht (vgl. Hinweise zur Sicherung der Nutzungsdauer [68])

5.5.1

Raumdichten

Zur Bestimmung des Verdichtungsgrades ist die Feststellung der Raumdichte der eingebauten Schicht und der des Asphaltmischgutes erforderlich. Die Raumdichte des Asphaltmischgutes wird an Marshall-Probekörper (MPK) nach den „Technischen Prüfvorschriften für Asphalt im Straßenbau, TP Asphalt-StB“ bestimmt. Diese Probekörper werden mithilfe eines Marshall-Verdichtungsgerätes (MVG) hergestellt. Dazu wird der Asphalt in eine zylindrische Form gegeben und bei einer Temperatur von 135 ◦ C (für Polymermodifizierte Bitumen ist 145 ◦ C vorgeschrieben) durch je 50 Schläge/Probekörperseite eines Fallgewichtes verdichtet. Die Raumdichten werden durch Ausmessen oder Tauchwägung der Probekörper bzw. der Ausbaustücke (z. B. Bohrkerne aus der eingebauten Schicht) bestimmt. Das Verhältnis der beiden Dichten zueinander ergibt den Verdichtungsgrad. Die Raumdichte am Marshall-Probekörper stellt den Soll- bzw. Referenzwert dar. Sind beide Raumdichten

118

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

gleich beträgt der Verdichtungsgrad 100 %. Asphalte mit 100 % Marshall-Dichte sind daher nicht vollkommen hohlraumfrei!

5.5.2

Messung mit der Strahlensonde

Es wird häufig schon während des Einbaus direkt hinter dem Fertiger mit einer Strahlensonde [69] die Raumdichte gemessen. Auf der Baustelle sind die Messgeräte auch als Troxler-Sonde bekannt, benannt nach dem Hersteller Troxler Electronic Laboratories Inc. Häufig wird auch von einer Isotopensonde gesprochen, diese Bezeichnung bezieht sich auf das angewandte Messverfahren (Abb. 5.18). Die Sonden nutzen zur Messung eine kleine Menge radioaktives Material am Ende einer Lanze. Eingesetzt wird Cäsium-137 als Gammastrahler oder Americium als Neutronenstrahler. Die Sonden sind meist für die Dichtemessung von Asphalt, aber auch für Böden geeignet. Erkennbar sind die Messgeräte für Böden an dem typischen Griff, der auch zum Versenken der Lanze in das Erdreich dient. Für weiche Böden wird die Lanze in das Erdreich versenkt und der Neutronenstrahler wird zur Messung eingesetzt. Dabei wird der Wasseranteil im Erdreich bestimmt und so indirekt auf die Verdichtung geschlossen. Die Anwendung auf Asphaltschichten nutzt, ähnlich wie die medizinische Röntgenuntersuchung, die Absorption und Streuung von Gammastrahlung aus. Aus der Messung kann direkt die Dichte bestimmt werden, welche als Raumdichte, Verdichtungsgrad nach Marshall oder durch Angabe des verbliebenen Hohlraumgehaltes angezeigt wird. Zur Anzeige in Marshall-Dichte muss allerdings der aus der Eignungsprüfung des Materials vorliegende Wert für 100 % Marshall-Dichte in die Geräte eingegeben werden. Eventuell muss dieser Wert bei dem zuständigen Mischwerk erfragt werden. Häufig ist die Verwendung von entsprechenden Standarddichten für bekanntes Einbaumischgut ausreichend genau.

Abb. 5.18 Troxler Strahlensonde: Eigenaufnahme, 2009

5.5

Kontrolle der Verdichtung

119

Für die Vermessung von Trag- oder Deckschicht werden spezielle Dünnschichtsonden eingesetzt. Im Prinzip kann bei diesen Modellen eingegeben werden, bis zu welcher Tiefe gemessen werden soll. Dies ermöglicht die Messung der neu eingebauten Schicht, ohne die darunterliegende Schicht mit zu erfassen. Dieses Verfahren ist bis zu einer Tiefe von etwa 10 cm anwendbar. Die von den Sonden ausgehende radioaktive Strahlung ist sehr gering und bei richtiger Anwendung für den Menschen ungefährlich. Für den Erwerb, die Aufbewahrung, den Transport und die Bedienung müssen allerdings behördliche Genehmigungen vorliegen und Auflagen erfüllt werden. Das Bedienpersonal muss speziell zum Strahlenschutz geschult sein. Für eine typische Verkehrsstraße wird derzeit in Deutschland eine Marschall-Dichte von 97 % gefordert. Konventionelle Bohlen erreichen eine Vorverdichtung von 85−92 % der Marschall-Dichte [71]. Mit der Strahlensonde wird üblicherweise nach jedem Walzübergang die Dichte gemessen und protokolliert. Es wird so sichergestellt, dass genug Walzübergänge für die erforderliche Dichte vorgenommen werden, aber auch nicht überverdichtet wird. Für nordamerikanische Straßen wird häufig nur eine Marschall-Dichte von 92−94 % gefordert. VORSICHT

Überverdichtung Werden zu viele Walzübergänge vorgenommen, kommt es zu einer Überverdichtung (siehe Abb. 4.12). Die einzelnen Körner im Asphalt beginnen zu brechen und sind als helle Punkte in der Asphaltschicht zu erkennen! Eine Überverdichtung über den empfohlenen Wert hat zur Folge, dass der Asphalt nicht genug Hohlräume aufweist. In einem zu dicht hergestellten Asphalt können vermehrt Fließprozesse innerhalb des Materials ablaufen, was sich negativ auf die Haltbarkeit auswirkt.

5.5.3

Kapazitives Dichtemessverfahren

Neben der radiometrischen Messmethode ist auch eine rein elektronische Messung der Dichte möglich. Dabei wird die elektrische Eigenschaft des Asphaltes zur Messung herangezogen (Abb. 5.19). Der Vorteil liegt darin, dass für die Nutzung keinerlei behördliche Auflagen erfüllt werden müssen. Das Messverfahren erlaubt allerdings nur eine oberflächennahe Messung. Die Tiefenwirkung des zur Messung genutzten elektrischen Feldes kann nur etwa durch die obersten 10 cm der Asphaltschicht dringen. Die radioaktive Messmethode kann dagegen tiefer in den Asphalt eindringen. Die kapazitive Messung setzt voraus, dass die Dichte der eingebauten Asphaltschicht über die Dicke konstant ist. Das Erdreich kann mit diesem Verfahren nicht vermessen werden.

120

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

Abb. 5.19 Kapazitives Dichtemessgerät: Eigenaufnahme, 2010

Neuere Entwicklungen setzen auf einen linearen Aufbau, bei dem die Transmitterelektrode mittig angeordnet ist und jeweils eine Empfängerelektrode zu jeder Seite daneben. Durch weitere Empfängerelektroden mit einem weiteren Abstand kann mit einem Gerät die Dichte in verschiedenen Tiefen der zu messenden Asphaltschicht ermittelt werden. TECHNIK

Funktionsweise des kapazitiven Dichtemessverfahrens Zur Messung der Dichte wird ein elektrisches Feld durch einen Kondensator aufgebaut. Als Kapazität wird die Fähigkeit eines Kondensators beschrieben, elektrische Ladung zu speichern. Ein Kondensator wird durch zwei elektrisch aufgeladene Platten gebildet, die als Elektroden bezeichnet werden. Den Bereich zwischen den Elektroden füllt das Dielektrikum aus, für das nur isolierend wirkende Materialien infrage kommen. Liegt an den Elektroden eine Spannung an, bildet sich ein elektrisches Feld aus, welches das Dielektrikum durchdringt. Veränderungen am Dielektrikum haben einen direkten Einfluss auf die Kapazität des Kondensators, welche entsprechend gemessen werden kann. Konstruktionsbedingt kann der Asphalt einer Straße nicht zwischen zwei Platten eines Kondensators gebracht werden. Für die Messsonde wird deshalb die Form des Kondensators leicht abgewandelt (siehe Abb. 5.20). Eine Elektrode in Topfform umschließt eine flache Elektrode. Das dabei entstehende elektrische Streufeld kann den Asphalt durchdringen und ebenfalls zur Messung der Kapazität genutzt werden. Aus der Kapazität kann schließlich auf die Dichte des Asphalts geschlossen werden. Allerdings kann keine absolute Messung erfolgen, sondern nur ein Vergleich zu einem Referenzkörper hergestellt werden.

5.5

Kontrolle der Verdichtung

121

Abb. 5.20 Schema Topfkondensator

5.5.4

Grenzwerte und Anforderungen an Verdichtung und Ebenheit

Siehe Tab. 5.1.

Tab. 5.1 Grenzwerte für die Unebenheiten innerhalb einer vier Meter langen Messstrecke in maschinellem Einbau nach ZTV Asphalt-StB

122

5.6

5 Überarbeitung einer Landstraße (Binderschicht)

Der Regen kommt

Abgesehen von der Deckschicht können alle Lagen auch noch bei leichtem Regen eingebaut werden (Abb. 5.21). Nimmt der Regen aber stärkere Ausmaße an, muss in Betracht gezogen werden, dass nicht weiter eingebaut werden kann. Spätestens, wenn ein geschlossener Wasserfilm auf der Unterlage steht, muss der Einbau unterbrochen werden. Das Wasser verhindert den Schichtenverbund zwischen den Lagen. Mit speziellen Haftklebern kann der Schichtenverbund auch bei Nässe noch hergestellt werden. Wenn abgesehen werden kann, dass das Wetter stetig schlechter wird, sollte das Mischwerk informiert werden und die Materiallieferungen unterbrochen oder eingestellt werden. Daraufhin wird der Fertiger leergefahren und es wird begonnen, eine Quernaht anzulegen. In Ausnahmefällen kann es vorkommen, dass selbst das Restmaterial auf dem Lkw nicht mehr eingebaut werden kann, weil ein Schichtenverbund nicht mehr gewährleistet werden kann. Im Fall von Schnee oder Platzregen muss das Material abgewiesen werden und umgehend eine Quernaht angelegt werden.

Abb. 5.21 Einbau im leichtem Regen: Volvo AB, Göteborg, Schweden

6

Autobahnbaustelle (Binderschicht)

Auf dieser Baustelle soll auf einem neu erstellten Autobahnabschnitt die Binderschicht in 9,5 m Breite und 10 cm Dicke eingebaut werden (Abb. 6.1). Eingesetzt wird eine konventionelle Bohle, die zusätzlich mit zwei ausfahrbaren Endteilen ausgestattet ist. Die eingesetzte Bohle verfügt neben einem Stampfer und der Vibration noch über eine Pressleiste zum Verdichten des Materials.

© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2020 M. Kappel, Angewandter Straßenbau, https://doi.org/10.1007/978-3-658-29470-0_6

123

124

6 Autobahnbaustelle (Binderschicht)

Abb. 6.1 Autobahnbaustelle mit konventionelle Bohle. (Foto: Frank Dörrie)

6.1

Verlängern der Bohle

Die Bohle muss für diese Baustelle zunächst aufgerüstet werden (Abb. 6.2). Dazu gehört, dass die Bohlenverlängerungen sowie die Vario-Endteile angebaut werden müssen. Durch die verstellbaren Endteile kann genauer zwischen den Randeinfassungen eingebaut werden. Nachteilig ist dabei jedoch, dass diese Ausfahrteile je nach Hersteller relativ schwierig anzubauen sind, da neben der elektrischen Versorgung für die Heizung auch noch die hydraulischen Versorgungsleitungen für die Verdichtungseinheiten angeschlossen werden müssen. Zudem ergibt sich, dass der Vorteil eines geradlinig verlaufenden Schneckenkanals bei einer konventionellen Bohle nicht mehr vollständig vorhanden ist und, ähnlich den Variobohlen, Bleche zum Kanalisieren des Einbaumaterials angebaut werden müssen. Bei sehr großen Arbeitsbreiten kann es sinnvoll sein, die Bohle auf dem Betriebshof oder in der Werkstatt aufzubauen und getrennt vom Fertiger auf einen entsprechenden Tieflader zur Baustelle zu transportieren. Auf der Baustelle muss die Bohle zwar folglich mechanisch, elektrisch und hydraulisch angeschlossen werden, aber dies ist in der Regel nur ein geringer zeitlicher Aufwand.

6.1 Verlängern der Bohle

125

Abb. 6.2 Aufgerüstete Bohle: Volvo AB, Göteborg, Schweden

6.1.1

Synchronisation der Verdichtungsaggregate

Sowohl die Stampfer als auch die Vibration sind umlaufende Massen, die Schwingungen in die Bohle einbringen. Was bei der Vibration durch Unwuchten im gewissen Maß gewünscht ist, kann im unkontrollierten Maß zu Einbaufehlern führen. Die Stampfer der verschiedenen Bohlensegmente werden deswegen gegeneinander verdreht angeschlossen, mit dem Ziel, dass sich die wirkenden Unwuchtkräfte möglichst gegenseitig aufheben. Die Vibration ist ebenfalls mechanisch bzw. hydraulisch gekoppelt, damit die Drehzahl zwischen den einzelnen Unwuchten konstant bleibt und keine Schwebungen1 auftreten. Üblicherweise haben die Hersteller die Verbindungsstellen zwischen den Stampfern und Vibratoren so gestaltet, dass diese nur richtig zusammenpassen. Besonders nach Reparaturen kann es jedoch vorkommen, dass Stampfer zueinander nicht phasenversetzt laufen und so die Bohle zu starken Schwingungen anregen.

6.1.2

Schnecken und Schneckenkanalverlängerung

Dosierbleche Dosierbleche, auch als Vorabstreifer bezeichnet, werden vor den Ausfahrteilen angebracht, um einen geradlinigen Schneckenkanal zu erhalten (siehe Abb. 6.3). Die Ausfahrteile sind 1 Schwebungen treten auf, wenn zwei Schwingungen mit leicht unterschiedlicher Frequenz über-

lagert werden. Drehen sich die Vibratoren mit einer leicht unterschiedlichen Drehzahl, treten in regelmäßigen Zeitabständen Überlagerungen der wirkenden Kräfte in dieselbe Richtung auf. Die dabei auftretende Verstärkung der Kräfte ist deutlich durch ein verändertes Geräusch und die stärkere Vibration der Bohle wahrnehmbar.

126

6 Autobahnbaustelle (Binderschicht)

Abb. 6.3 Schematische Darstellung der Dosierbleche

zur Grundbohle nach hinten versetzt und somit deutlich weiter von der Schnecke entfernt als die Grundbohle. Der Schneckenkanal, in welchem das Material befördert wird, verbreitert sich entsprechend vor den Ausfahrteilen um die Tiefe der Grundbohlenkörper. Dies hat zur Folge, dass die Schnecke ohne den Einsatz von Dosierblechen das Material nicht ausreichend weit fördern könnte. Die Aufgabe der Dosierbleche ist demzufolge, den engen Querschnitt des Schneckenkanals weiter aufrecht zu erhalten. Die Schnecke kann aufgrund des höheren Materialstandes somit tief genug in das Material eintauchen, um dies zu bewegen. Werden die Ausfahrbohlen zu weit ausgefahren und wird auf die Dosierbleche verzichtet, ist eine kontrollierte Materialförderung durch die Schnecke nur noch schwer möglich. Häufig kann beobachtet werden, dass durch die Schnecke Einbaumaterial aus dem Schneckenkanal geworfen wird, wenn die Schnecke zu schnell dreht. Die Dosierbleche müssen angebracht werden, sobald die Ausfahrteile etwa einen Meter ausgefahren sind oder entsprechende Bohlenverlängerungen angebracht wurden. Die nordamerikanische Bauweise hat hier den Vorteil, dass diese ohne zusätzlich angebrachte Bleche auskommt. Bohlen, bei denen die Ausfahrteile vor der Grundbohle angebracht sind, benötigen Dosierbleche nur vor der Grundarbeitsbreite, um zu verhindern, dass sich bei einer ausgefahrenen Bohle die entstandene Lücke vollständig mit Einbaumaterial füllen kann. Weil die Grundarbeitsbreite nicht über die Maschine hinausragt, können die Dosierbleche jedoch immer montiert bleiben. Dosierbleche sind stets mit einer Höhenverstellung für die Regulierungsbleche ausgestattet, durch welche der Materialfluss gesteuert werden kann. In dem Fall, dass mehr

6.1 Verlängern der Bohle

127

Material zufließt, als im Moment eingebaut werden kann, sammelt sich zwangsweise Material vor den Ausfahrteilen. Dann müssen die Bleche etwas abgesenkt werden, um den Zufluss von Material so weit zu verringern, bis Materialzufluss und Einbaumenge sich wieder im Gleichgewicht befinden. Zur Montage werden die Dosierbleche üblicherweise in Segmenten aneinandergereiht und sind individuell einstellbar. Aus Gründen der Arbeitssicherheit müssen die Schneckenkanäle gegen ein versehentliches Hineinfallen geschützt sein. An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass der Asphalt vor der Bohle niemals mit dem Fuß zurechtgerückt werden darf! Dies birgt eine extreme Unfallgefahr in sich!

TECHNIK

Verwindung der Bohle Aus der Erfahrung ist bekannt, dass Bohlen etwa ab sieben Meter aufgebauter Breite dazu neigen, sich im Einbau merklich zu verwinden. Dabei baut die Grundbohle ordnungsgemäß ein und die Anbauteile laufen zur sehr auf der Vorderkante. Um dieses Phänomen erklären zu können, muss die Physik der Bohle weiter betrachtet werden. Zunächst ist dieses Verhalten vermehrt zu beobachten, wenn die Bohle nahe an der maximalen Verdichtungsgrenze arbeitet. Die Stampfer der Bohle verdichten das Material vor den Bodenblechen so weit, dass sich ein entsprechend flacher Anstellwinkel der Bohle einstellt. Weisen die Anbauteile durch einen weniger verschlissenen Stampfer zu der Grundbohle eine höhere Verdichtungsleistung auf, entsteht ein Hohlraumbereich hinter den Stampfern (siehe Abb. 6.4), in welchem die Bohle nicht mehr durch das Material getragen wird. In der Regel ist die Steifigkeit der Bohlenkonstruktion nicht ausreichend, um diesen halb schwebenden Zustand halten zu können. Daher kippt die Bohle auf die Vorderkante, bis die Bodenplatten wieder mit einer ausreichenden Fläche auf dem Material aufliegen. Die Hinterkanten der Anbauteile heben dabei sichtbar vom Material ab, welches sich als raue Oberflächenstruktur zeigt. Der Grund für die unterschiedliche Vorverdichtung ist meist, dass die verwendeten Anbauteile seltener als die Grundbohlenteile vewendet werden und dadurch weniger verschlissen sind. Stehen mehrere Sätze von Anbauteilen zur Verfügung, sollten immer ähnlich verschlissene Bohlenteile miteinander kombiniert werden. Als Gegenmaßnahme können Bohlen-Spannvorrichtungen eingesetzt werden, die durch eine hydraulisch aufgebaute Zugkraft ein entsprechendes Gegenmoment erzeugen. Alternativ kann die Stampferdrehzahl reduziert werden und so durch eine verringerte Vorverdichtung ein steilerer Anstellwinkel für die gesamten Bohle gewählt werden. Eine vergleichbare Wirkung zeigt auch die Steigerung der Einbaugeschwindigkeit (Abb. 6.5).

128

6 Autobahnbaustelle (Binderschicht)

Abb. 6.4 Spaltbildung an der Bohle

Abb. 6.5 Schematische Darstellung der Kanalbleche

Kanalbleche und Schneckenabstützung Die Kanalbleche bilden die Gegenseite zu den Dosierblechen und sind in der Regel nicht höhenverstellbar. Mit Dosier- und Kanalblechen wird durch eine eingeengte Materialführung verhindert, dass sich flache Materialflanken ausbilden und das Einbaumaterial sich entmischt. Die Kanalbleche werden ebenfalls segmentweise angebaut und durch zusätzliche

6.1 Verlängern der Bohle

129

Stützstreben zwischen den Blechen und dem Fertiger stabilisiert. Abhängig von der gewählten Einbaubreite müssen die Schneckenverlängerungen abgestützt und gelagert werden. Die Schneckenaußenlager sind über die Kanalbelche mit dem Fertiger verbunden. Je nach Hersteller können die Kanalbleche mit der Schnecke auch höhenverstellt werden. Die Dosierbleche sind somit Teil der Bohle, während die Kanalbleche mit den Verstrebungen zum Fertiger bzw. der Schnecke gezählt werden. Vorspannung der Bohle Das vorliegende Material sowie die Verdichtung erzeugen Kräfte, welche durch die Bohle aufgenommen werden. Bohlen sind so konstruiert, dass ein ebenes Straßenbild entsteht. Dies bedeutet nicht, dass die Bohlen auch im angehobenen Zustand plan sein müssen. Vielmehr versuchen die Hersteller durch konstruktiv vorgegebene Winkeldifferenzen zwischen Grundbohle und den Ausfahrteilen, der Flexibilität im Einbauprozess entgegen zu wirken. Die Endbereiche der Bohle werden während des Einbauvorgangs durch das verdichtete Material und die damit verbundenen Kräfte angehoben. Durch eine in der Bohleneinstellung vorgesehene Vorspannung (Bogenprofil) wird versucht, den anhebenden Kräften entgegenzuwirken. Wie eine Bohle im angehobenen Zustand vorgespannt sein muss, ist für jeden Bohlentyp und jede Aufbaulänge unterschiedlich. An dieser Stelle kann nur den Empfehlungen der Hersteller gefolgt werden und keine allgemeingültige Regel aufgestellt werden. Die Bohlen werden durch mehrere unabhängige Kräfte im Einbau sowohl nach oben als auch nach hinten gebogen, zudem wirkt eine um die Längsachse tordierende Kraft. Das vorliegende Material belastet die Bohle entgegen der Fahrtrichtung. Je nach Hersteller wird diesem Teil der Belastung mit hydraulischen Spannvorrichtungen oder durch einen leicht zueinander verdrehten Anbau der Anbauteile begegnet. Die in diesem Beispiel eingesetzte Variobohle ist trotz der Masse von fünf Tonnen Stahl sehr flexibel. Neben der Vorspannung der Bohle können noch weitere Maßnahmen zum Stabilisieren der Bohle ergriffen werden. Bohlentypen ohne Ausfahrteile werden mit zusätzlichen Streben abgestützt. Für Variobohlen werden hydraulische Stützen angeboten (Volvo), welche eine einstellbare Kraft auf die Ausfahrteile wirken lassen und so den Kräften aus dem Einbau entgegenwirken. Der angebrachte Hydraulikzylinder behindert nicht das Verstellen der Ausfahrteile. Die Hydraulik kann so gesteuert werden, dass nach einem Halt des Fertigers die Bohle mit einer zusätzlichen Belastung während des Anfahrens beaufschlagt wird, um Anfahrbuckel2 nach längerer Wartezeit zu vermeiden. Die Belastung wird dann über eine definierte Einbaustrecke kontinuierlich reduziert, bis sie komplett entfällt oder eine gewählte Grundbelastung erreicht hat. Die zu treffenden Einstellungen sind maßgeblich von der Einbaubreite und dem eingebauten Asphalt abhängig und müssen auf jeder Baustelle neu definiert werden.

2 s. Kap. 21 Einbaufehler, Abschn. 21.1.

130

6.1.3

6 Autobahnbaustelle (Binderschicht)

Trimmen der Bohle

Nachdem die Bohle aufgeheizt wurde, muss diese in der Ebenheit ausgerichtet werden. Durch unterschiedliche Temperaturbereiche innerhalb des Bohlenkörpers ist ein thermischer Verzug der Bohle zu beobachten. Zum Ausrichten wird die Bohle zunächst auf die alte Fahrbahn aufgelegt, bei der davon ausgegangen werden kann, dass sie in Querrichtung relativ eben ist. Die Bohle kann dann mithilfe verstellbarer Streben getrimmt werden. Die Streben werden zunächst so eingestellt, dass diese unbelastet sind (können per Hand leicht bewegt werden) und die Bohle plan auf dem Untergrund aufliegt. Von dieser Ausgangssituation ausgehend werden die Stützen leicht vorgespannt, in Richtung einer Brückenbildung der Bohle. Die Vorspannung wirkt im Einbau den auftretenden Kräften entgegen. Nach den ersten eingebauten Metern wird die Querebenheit mittels einer über die Fahrbahn gespannten Schnur oder eines langen Richtscheites überprüft und gegebenenfalls korrigiert.

6.2

Nivellieren mit einem Schleppbalken

Die Nivellierung erfolgt in diesem Beispiel mithilfe eines Schleppbalkens. Im einfachsten Fall wird ein Schleppbalken seitlich neben dem Fertiger hergezogen und dazu über Aufnahmepunkte an Bohle und Fertiger angebracht. In der Höhe ist der Balken frei beweglich gelagert und kann so stets auf dem Untergrund aufliegen. In dieser Variante des Schleppbalkens kann die Ausfahrbohle auf der Seite des Schleppbalkens nicht ohne Weiteres ausgefahren werden. Soll die Einbaubreite verändert werden, muss der Aufnahmepunkte am Fertiger dazu manuell mitverschoben werden. In Abb. 6.6 ist die einfachste Bauform eines Schleppbalkens dargestellt. Aufwendigere Balkenkonstruktionen sind dagegen auf beweglichen und federnden Rollen oder Skiern gelagert und passen sich so an leichte Erhebungen im Untergrund besser an. Der eigentliche Nivellierungssensor ist mit einem Ausleger an der Seitenbegrenzung befestigt und greift in Nähe der Schnecke die Höhe vom Balken ab. Schleppbalken sind generell gut geeignet, wenn kurze oder lange Bodenwellen ausgeglichen werden sollen. Schleppbalken mit einer Brückenkonstruktion werden zusätzlich über die zuvor eingebaute Asphaltdecke gezogen. Dabei wird ausgenutzt, dass die eingebaute Schicht stets ebenflächiger ist als die ursprüngliche Unterlage. Der neben dem Fertiger laufende Schleppbalken wird durch eine Brückenkonstruktion über die Bohle mit dem hinteren Teil des Schleppbalkens verbunden. Von Vorteil ist, dass die Anbauteile bei diesem Aufbau frei aus- und eingefahren werden können. Wie bei allen Nivelliersystemen kann die Referenz auf jeder Seite des Fertigers mit je einem eigenen Sensor abgenommen werden. Wird nur einseitig abgetastet, werden beide Nivellierzylinder gleichmäßig angesprochen. Die Steuerung erfolgt dabei stets relativ und nie absolut. Das bedeutet, dass der Regelungselektronik nicht bekannt ist, wie weit die Nivellierzylinder ausgefahren sind. Befindet sich die Bohle auf einer zu geringen Höhe, wird

6.2

Nivellieren mit einem Schleppbalken

131

Abb. 6.6 Fertiger mit einfachem Schleppbalken: Volvo AB, Göteborg, Schweden

der Nivellierzylinder so lange eingefahren, bis die Bohle auf dem Sollwert angekommen ist. Ein nicht gut befestigter und rutschender Höhensensor kann zur Folge haben, dass die Nivellierzylinder während des Einbaus ungewollt voll ausgefahren werden, weil die Bohle nicht wie erwartet reagiert. Deswegen sollte vor Arbeitsbeginn der Höhensensor stets auf festen Halt kontrolliert werden. Eine relative Steuerung ermöglicht dem Bediener auch, die Nivellierzylinder jeweils auf individuellen Höhen einzustellen und dadurch eine seitlich geneigte Straße einzubauen, ohne zusätzlich einen Neigungssensor einsetzen zu müssen. Eine zwischen den jeweiligen Seiten eingestellte Höhendifferenz bleibt auch während der Regelung durch einen Sensor bestehen, solange die Zylinder nicht in die Endanschläge gefahren werden. Mit zwei eingesetzten Sensoren wird jeder Nivellierzylinder einzeln angesprochen. Das hat den Vorteil, dass eine Straßenquerneigung genau nachgebildet werden kann, ohne dass diese versehentlich ausgeglichen wird (Abb. 6.7).

132

6 Autobahnbaustelle (Binderschicht)

Abb. 6.7 Fertiger mit Schleppbalken nach der Bohle: Volvo AB, Göteborg, Schweden

6.2.1

Roadscanner

Die Roadscanner nutzen einen Laser zum Abtasten des Untergrundes. Aus dem abgetasteten Höhenprofil wird elektronisch ein Mittelwert gebildet, was im Fall des Schleppbalkens aufgrund der Geometrie mechanisch erfolgt. Angebaut werden die Scanner üblicherweise mit einer Halterung am Zugarm des Fertigers, etwa in der Nähe der Schnecke. Meist muss hierfür jedoch eine eigene Konstruktion aus der Werkstatt erfolgen, da nicht immer ein Anbau von Roadscannern am Fertiger vom Hersteller vorgesehen wurde oder die Position an den Seitenbegrenzungen ungünstig ist. Eine Befestigung am Zugarm hat den Vorteil, dass stets auf dem richtigen Untergrund abgetastet wird. Wird der Scanner sehr weit außen, also an der Seitenbegrenzung, angebracht, kann versehentlich der Straßenrandstreifen erfasst werden, ohne dass dies sofort bemerkt wird. Der zum Nivellieren abgetastete Bereich kann bis auf die neu erstellte Schicht reichen. Die dabei miterfasste Bohle kann mithilfe der Elektronik ausgeblendet werden. Ein Durchschreiten des Abtastbereiches ist ebenfalls unproblematisch und führt zu keiner unmittelbaren Fehlmessung. Allerdings muss bedacht werden,

6.2

Nivellieren mit einem Schleppbalken

133

Abb. 6.8 Schema Roadscanner

dass bei einer Einschränkung des Messbereichs eventuell der wirksame Bereich nicht mehr ausreichend lang ist und Bodenwellen nicht genügend ausgeglichen werden (Abb. 6.8). Der Vorteil dieses Systems liegt in den geringen Transportabmessungen und einem schnelleren Aufbau. Die Kosten eines solchen Systems sind im Vergleich zu den mechanischen Varianten jedoch erheblich höher.

6.2.2

Big-Ski

Big-Ski-Systeme sind berührungslos arbeitende Schleppbalken, welche mit drei oder vier Sensoren auskommen. Die eingesetzten Sensoren können dabei entweder Ultraschallsensoren in der Ski-Bauweise oder einfache Sensoren mit nur einer Ultraschallquelle sein. An einem Aluminiumausleger werden die Sensoren jeweils hinter, mittig und vor der Maschine positioniert (siehe Abb. 6.9). Der Balken misst dabei etwa 9 bis 13 m. Zum Transport können die Ausleger in kleinere Segmente zerlegt werden. Der Big-Ski wird wie der Roadscanner am Zugarm montiert und ist so fest mit der Bohle verbunden. Im Aufbau des Big-Skis müssen mehrere Sensoren an eine Steuerung angeschlossen werden. Die Verbindung zwischen Steuerungseinheit und den Sensoren muss in diesem Fall über ein Datenbus (CAN) erfolgen, weil die Übertragung mit Pulsweitenmodulation (PWM) keine gleichzeitige Kommunikation mit mehreren Sensoren erlaubt. Die Weitergabe der Nivellierinformation zwischen externer Nivelliersteuerung und dem Straßenfertiger erfolgt jedoch meist weiter über PWM. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die externe Nivelliersteuerung die Magnetventile über PWM direkt ansteuern kann. Die Magnetventile der Nivellierzylinder werden dabei gepulst bestromt, über die Länge und Wiederholrate der Impulse können die Zylinder gezielt verfahren werden. In moderneren Maschinen wird jedoch die direkte Ansteuerung der Ventile nicht mehr genutzt, die Maschinensteuerung

134

6 Autobahnbaustelle (Binderschicht)

Abb. 6.9 Einsatz eines Big-Skis: Volvo AB, Göteborg, Schweden

liest das Signal der externen Steuerung zunächst ein und steuert die Ventile situationsbedingt selbstständig an.

6.3

Materialversorgung mit einem Beschicker

Auf dieser Baustelle soll der Leistungsbeschreibung nach eine 7,0 m breite und 8,5 cm starke Schicht hergestellt werden. Die Materiallogistik ist für eine Einbaugeschwindigkeit von 5,0 m/min ausgelegt. Die Einbauleistung kann nun wie folgt berechnet werden:

EL v b h ρ

= Einbauleistung = Einbaugeschwindigkeit = Einbaubreite = Schichtdicke = Dichte des eingebauten Asphaltes

m Beispiel mit: v = 5 min , b = 7 m, h = 8,5 cm, ρ = 2,3 mt3

6.3

Materialversorgung mit einem Beschicker

m min m 60 min v=5 · min 1h m v = 300 h v=5

EL = b · h · v · ρ t m E L = 7 m · 0,085 m · 300 · 2,3 3 h m t E L ≈ 410 h

135

(6.1) (6.2) (6.3)

(6.4) (6.5) (6.6)

t Daraus ergibt sich: 410(t/h)·h 60 min = 6,8 min Der eingesetzte Fertiger besitzt eine für den Kübel angegebene Materialkapazität von 13 t. Daraus folgt, dass während eines Lkw-Wechsels innerhalb von zwei Minuten der Materialvorrat im Kübel vollständig aufgebraucht wäre. Ein Lkw-Wechsel innerhalb von zwei Minuten ist zwar möglich, in der Praxis dauert der Wechsel aber oft länger. Der Einsatz eines Beschickers unterstützt den kontinuierlichen Einbau durch eine zusätzliche Materialbevorratung (Abb. 6.10). Das Einbaumaterial wird vom Lkw zunächst in einen Beschicker übergeben, dieser wiederum befördert das Material schließlich zum Fertiger. Überwiegend in Nordamerika sind die Beschicker (siehe Abb. 6.11) mit einer zusätzlichen Vermischungsanlage ausgerüstet. Durch ein erneutes Vermischen der Einbaumaterialien soll

Abb. 6.10 Beschicker mit Kettenfahrwerk: Volvo AB, Göteborg, Schweden

136

6 Autobahnbaustelle (Binderschicht)

Abb. 6.11 Beschicker mit zusätzlicher Nachmischanlage. (Foto: Philipp Bramer 2013)

Entmischungen entgegengewirkt werden. Die Einbaumannschaft schätzt zudem häufig den Vorteil, dass während des Transportes abgekühltes Einbaumaterial wieder aufgeschmolzen wird. Diese Anwendung sollte allerdings nicht notwendig sein, wenn die Regeln zum Materialtransport eingehalten wurden. Zu jedem Beschicker gehört ein Aufnahmebehälter, der im Kübel des Fertigers positioniert wird und eine deutlich vergrößerte Ladekapazität als der eigentliche Kübel des Fertigers besitzt. Der Vorteil dieses Systems liegt darin, dass die Lkw ihre Ladung erheblich schneller in den Beschicker abladen können und dadurch schneller wechseln können. Die Materialübergabe an den Beschicker erfolgt ähnlich zum Straßenfertiger durch Abkippen in einen Kübel. Der Beschicker schiebt ebenfalls den Lkw für die Zeit der Materialübergabe. Der Beschicker selbst hat keinen Kontakt zum Fertiger und wird durch einen eigenen Fahrer vor dem Fertiger geführt. Die verschieden Beschickertypen3 unterscheiden sich zum einen durch das Antriebskonzept, zum anderen durch den Aufbau des Kübel und der Förderbandtechnik, wobei unterschiedliche Konzepte verfolgt werden. Ähnlich wie Straßenfertiger sind die Beschicker mit einem Rad- oder Raupenfahrwerk erhältlich. Für den Kübel haben sich zwei Verfahren durchgesetzt, zum einen der Klappkübel, ähnlich dem Fertigerkübel, und zum anderen ein Kübel, der zwei zusätzliche Förderschnecken beinhaltet (siehe Abb. 6.12). Das einfache Konzept, bei dem die Kübelseiten hydraulisch angekippt werden, hat den Nachteil, dass das Einbaumaterial aus dem Kübel vor den Beschicker fallen kann. Dieser Problem kann auch bei den Fertigern beobachtet werden und verschlimmert sich, wenn die vorderen Kübelgummis verschlissen sind. Beschicker mit einer 3 Englisch: Mobile Feeders.

6.3

Materialversorgung mit einem Beschicker

137

Abb. 6.12 Beschickerkübel mit Förderschnecke: Eigenaufnahme 2013

zusätzlichen Schneckenfördereinheit im Kübel verlieren dagegen weniger Material, weil die seitlichen Kübelklappen nicht angekippt werden müssen, sondern der vordere Kübelbereich um die Querachse der Schnecken angestellt wird. Weil Beschicker üblicherweise nicht auf beengten Baustellen bzw. nicht an hindernisreichen Strecken eingesetzt werden, ist der breite Aufbau nicht unbedingt nachteilig. Bei sehr steifem Asphalt, wie etwa Splittmastik-Asphalt, in Kombination mit geringen Temperaturen des Materials kann es vorkommen, dass sich die Schnecken freigraben und kein Material in die Schnecken nachrutschen kann. Dieser Effekt tritt häufiger auf, je steifer das Material und je geringer die Anlieferungstemperatur ist, und kann nur durch manuelles Eingreifen behoben werden. Je nach Einsatzzweck kann das Förderband in der Höhe verstellt werden oder zusätzlich seitlich geschwenkt werden (siehe Kompaktasphalt). Für das Beschicken eines einzelnen Fertigers ist normalerweise keine Schwenkfunktion notwendig. Sollen abwechselnd zwei Fertiger beschickt werden oder die Zuführung des Materials von der Nebenspur erfolgen, wie es bei Heiß-auf-Heiß-Einbau notwendig sein kann, werden besonders lange Förderbandausleger eingesetzt. Das Förderband ist üblicherweise nicht als reines Bandförderersystem ausgeführt, bei dem der Antrieb über Rollen direkt auf das Band wirkt, sondern als Kettenförderer (Kratzer), welcher mit dem Gurtband direkt verbunden ist. Das Kratzerband besteht, wie das Förderband des Fertigers, aus Gliederketten, die paarweise mit einem Steg verbunden sind. Das eigentliche Förderband liegt darauf auf und deckt die Kette ab. Für den Einbau von Asphalt kann das Förderband zusätzlich mit Gas beheizt werden, um einerseits ein Anhaften von Asphalt zu vermeiden und andererseits ein schnelles Abkühlen des Asphaltes zu verhindern. Der Einbau mit Beschicker steigert deutlich die Prozesssicherheit im Einbau, und damit trägt diese Technik erheblich zur Qualität im Straßenbau bei. Beschicker sind im stätischen Bereich schwierig einzusetzen und deshalb auch zukünftig nicht als genereller Standard für alle Baustellen geeignet. Ab 2017 sind Beschicker für Baumaßnahmen auf Bundesfernstraßen mit mehr als 6000 m2 als Standard in den Vergabeunterlagen gefordert. Ausgenommen sind Baustellen, auf denen die Platzverhältnisse dies nicht zulassen. Die Daten des

138

6 Autobahnbaustelle (Binderschicht)

eingesetzten Beschickers sind unter anderem Teil des Logistikkonzepts, welches die Grundlage für die Planung eines kontinuierlichen Einbauprozesses darstellt.

6.4

Abböschungen

Der Randbereich der eingebauten Schicht soll mit einer seitlichen Abböschung von 1:2 erfolgen. Das bedeutet, dass auf 8,5 cm Schichtdicke (Böschungshöhe) der Auslauf in horizontaler Richtung (Böschungsbreite) 17 cm beträgt. Der Winkel der Abböschung errechnet sich nach: Schichtdicke B oschungsbr ¨ eite Schichtstdicke α = ar ctan B oschungsbr ¨ eite α = ar ctan(1/2)

tan(α) =

α = 26,6

◦

(6.7) (6.8) (6.9) (6.10)

Es gibt zwei Möglichkeiten, seitliche Abböschungen zu erstellen (Abb. 6.13). Es kann entweder direkt mit der Bohle eine Abböschung geformt werden oder es erfolgt im Anschluss durch die Walze. Die flachen Gleitschuhe der Bohlenseitenbegrenzungen können durch formende Kantenschuhe ausgetauscht werden. Gängig sind Abböschungen in 1:1 (45 ◦ ), 1:1,5 (34 ◦ ) oder 1:2 (27 ◦ ). Für elektrisch beheizte Bohlen sind auch beheizte Seitenbegrenzungen und vereinzelt auch beheizte Kantenschuhe verfügbar (Abb. 6.14). Aufgrund der besseren Gleiteigenschaft der beheizten Variante führt diese zu einer besseren und geschlosseneren Oberfläche. Die Kantenschuhe sind in mehreren Höhen erhältlich und müssen auf die einzubauende Schichtdicke angepasst werden. Die Flanken werden verdichtet, indem das formende Winkelblech mit einem flachen Winkel beginnt und zum Ende kontinuierlich steiler gestellt wird, bis schließlich der gewünschte Winkel erreicht wird. Alternativ kann die Randausbildung auch durch Walzen mit einer Andrückrolle erfolgen. Dabei wird die Kante

Abb. 6.13 Schema Abböschung

6.4

Abböschungen

139

Abb. 6.14 Beheizter Kantenschuh; Eigenaufnahme

Abb. 6.15 Erstellung der Abböschung mit Kantenandrückrad: Eigenaufnahme 2013

durch eine Rolle geformt, die neben der Bandage angebracht ist. Das dafür benötigte Kantenandrückrad ist meist in 45◦ oder 60◦ erhältlich (Abb. 6.15). Beim normalen Abwalzen kann das Kantenandrückrad hydraulisch eingeklappt werden. Wird das Kantenandrückrad versehentlich ausgeklappt, führt dies zu schwer korrigierbaren Spuren auf der Asphaltschicht! Daher sollte vor Arbeitsbeginn durch einen Rundgang sichergestellt werden, dass das Kantenandrückrad richtig positioniert ist. In der Leistungsbeschreibung kann zusätzlich eine weitere Randabdichtung gefordert sein. Die Oberfläche der Abböschung wird durch ein heiß aufgesprühtes Bindemittel

140

6 Autobahnbaustelle (Binderschicht)

vollständig versiegelt. Die Angabe der geforderten Menge pro Quadratmeter und die Art des Bindemittels werden gesondert in der Leistungsbeschreibung aufgeführt. Der Heißbitumen muss zeitnah aufgebracht werden, bevor sich Staub und Schmutz auf die Flanken legen können. Bitumenemulsionen sind für diese Anwendung generell ungeeignet.

6.5

Ausfall der elektronischen Steuerung

Der Totalausfall eines Straßenfertigers ist besonders problematisch, weil Asphalt nur warm verarbeitet werden kann. Ein Bagger, dessen Hydraulik ausfällt, kann normalerweise einfach ersetzt werden oder unterbricht die Arbeit bis zur Reparatur. Der Ausfall eines Straßenfertigers ist dagegen immer mit hohen Folgekosten verbunden. Kühlt der Asphalt in der Maschine zu lange ab, ist es mit großem Aufwand verbunden, den fest gewordenen Asphalt wieder aus der Maschine zu entfernen. Treten Probleme mit dem Fertiger auf, die vermutlich keinen weiteren Einbau erlauben, muss umgehend das Mischwerk informiert werden. Der Materialnachschub muss vorübergehend unterbrochen werden. Moderne Fertiger sind heute vollständig elektronisch gesteuert. Fertiger, die weitestgehend noch ohne eine vollelektrische Steuerung auskommen, werden nur noch als low-cost-Varianten in den Entwicklungs- und Schwellenländern gebaut. Eine elektronische Steuerung bedeutet, dass die Ansteuerung der Hydraulik nur indirekt über das Bedienpult erfolgt. Auch Fertiger, deren Kippschalter auf der Steuerungskonsole einen robusten Eindruck vermitteln sollen, sind meistens vollelektronisch gesteuert. Für die Hersteller ermöglicht dies eine einfachere und bessere Steuerung der Hydraulik und der Motorsteuerung. Eine elektronisch angesteuerte Hydraulik ist die Grundlage für die komplexe Steuer- und Regelungstechnik, ohne die viele Funktionen am Fertiger nicht umsetzbar wären. Ein kompletter Ausfall der Elektronik kommt allerdings äußerst selten vor. Ursache hierfür sind beispielsweise unsachgemäß ausgeführte Schweißarbeiten, bei denen Schweißströme eingeleitet wurden. Häufig ist für den Ausfall der Hauptsteuereinheit ein Notbetrieb vorgesehen. Meist werden die Grundfunktionen auf ein Notsteuerpult oder auf einen der Außensteuerstände transferiert. Die Motordrehzahl wird dabei beispielsweise auf einen festen Wert gesteuert und alle nötigen Funktionen, die für einen behelfsmäßigen Einbau benötigt werden, stehen zur Verfügung. Mindestens eine Person der Einbaumannschaft sollte im Umgang mit der Notsteuerung geschult sein und die Steuerung praktisch geübt haben. Mit der Notsteuerung kann eine Baustelle behelfsmäßig abgeschlossen werden oder die Zeit bis zur Reparatur überbrückt werden. Auch die Fahrer der Tieflader benutzen das vereinfachte Steuerpult zum Verladen der Maschinen, wenn die Hauptsteuerstände aus Gründen des Vandalismusschutzes abgebaut oder abgedeckt wurden. Um die Arbeitssicherheit zu gewährleisten, sieht die Konstruktion des vereinfachten Steuerpultes ein Verlassen des Maschinenstandes während des Betriebes nicht vor. Aus den gleichen Gründen wird in der Regel auch keine Fernsteuerung für die Maschine angeboten.

7

In der Stadt (Deckschicht)

Innerorts stellt sich häufig die Aufgabe, neben dem laufenden Straßenverkehr einbauen zu müssen. Dazu kommt, dass häufig die vorhandenen Platzverhältnisse sehr gering sind. Es muss im Vergleich zu den vorherigen Baustellen noch umsichtiger gehandelt werden, damit niemand während der Bauarbeiten unnötig gefährdet wird. Neben der Sicherheitsproblematik muss außerdem darauf geachtet werden, dass keine parkenden Autos oder Bürgersteige

© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2020 M. Kappel, Angewandter Straßenbau, https://doi.org/10.1007/978-3-658-29470-0_7

141

142

7 In der Stadt (Deckschicht)

Abb. 7.1 Beengte Baustellensituation in der Stadt: Eigenaufnahme, 2011

verunreinigt oder beschädigt werden. Anwohner müssen zu ihren Grundstücken gelangen können, und der Straßenverkehr muss stets sicher geregelt sein (Abb. 7.1). In der folgenden Baustelle soll 400 m Deckschicht in Splittmastixasphalt, in einer Dicke von 3,5 cm, eingebaut werden. Dabei handelt es sich um eine vielbefahrene Hauptstraße der Belastungsklasse BK3,2. In einer umfassenden Baumaßnahme soll der Abschnitt neu erstellt werden (siehe Abb. 7.2 und 7.3). Die Straße ist auf beiden Seiten durch Randsteine neben den Bürgersteigen eingefasst. Weil die Straße für den Verkehr nicht völlig gesperrt werden kann, erfolgt der Einbau halbseitig, während der Verkehr provisorisch über die schon erstellte Binderschicht geleitet wird (Abb. 7.4).

7 In der Stadt (Deckschicht)

Abb. 7.2 Auszug aus der Leistungsbeschreibung

143

144

Abb. 7.3 Auszug aus der Leistungsbeschreibung

7 In der Stadt (Deckschicht)

7.1

Nähte und Anschlüsse

145

Abb. 7.4 Einbausituation in der Stadt: Eigenaufnahme, 2011

7.1

Nähte und Anschlüsse

Die Anforderungen an Nähte, Fugen und Anschlüsse werden in den ZTV Asphalt-StB1 beschrieben. Fugen in Verkehrsflächen werden in der ZTV Fug-StB2 , ZTV A-StB3 und ZTV BEA-StB4 nochmals gesondert behandelt.

7.1.1

Anschlüsse

Anschlüsse sind Kontaktflächen zu Materialien unterschiedlicher Eigenschaften. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Asphaltschicht an Randsteine aus Beton grenzt. Aber 1 Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbe-

festigungen aus Asphalt. 2 Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Fugen in Verkehrsflächen. 3 Zusätzlich Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Aufgrabungen in Verkehrsflächen. 4 Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächen − Asphaltbauweisen.

146

7 In der Stadt (Deckschicht)

Abb. 7.5 Seitenbegrenzung auf Randstein

auch bei Kontaktflächen zwischen Walzasphalt und Gussasphalt wird von einem Anschluss gesprochen, weil die Asphalte sehr unterschiedliche Eigenschaften besitzen. In dieser Baustelle wird eine Deckschicht bis an den Randstein verlegt. In dieser Situation muss das Bedienpersonal besonders aufmerksam sein. Es ist stets darauf zu achten, dass nur die Seitenbegrenzung über den Randstein läuft und nicht die Bodenplatte (Abb. 7.5). Die Bohle darf nicht mit der Hinterkante auf den Randsteinen aufsetzen, andernfalls wird die Bohle zwangsgeführt, was zum Verlust der Selbstnivellierung führt. Es ist dementsprechend wichtig, dass die Bohlenhinterkante stets beobachtet und entsprechend nachgeführt wird! Durch den Auftraggeber kann der Einsatz von Schmelzbändern oder ein Vergießen der Dehnungsfugen verlangt werden. Elastische Fugen verhindern, dass durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der Materialien Risse entstehen können (Abb. 7.6).

7.1.2

Schmelzbänder

Schmelzbänder sind bitumenhaltige Bänder, die vor dem Einbau auf die Nahtflanken aufgeklebt werden können. Während des Einbaus werden diese durch das heiße Einbaumaterial aufgeschmolzen und verbinden sich so fest mit diesem. Überstehendes Material wird anschließend eingewalzt. Häufiger als an Bord- oder Rinnsteinen werden diese Bänder allerdings zum Erstellen von Fugen für Kanaldeckel und Schieber eingesetzt. Neu angesetzte Fahrbahnen des zuvor erstellten Tagesabschlusses werden ebenfalls mit Schmelzbändern angesetzt.

7.2

Handeinbau

147

Abb. 7.6 Anschlussstelle mit einem Schmelzband: Eigenaufnahme, 2011

Fugen können auch im Vergussverfahren mit einem Heißbitumen oder einer Kaltvergussmasse hergestellt werden. Für Längsnähte stellt sich jedoch die Frage, wie wirtschaftlich sich eine entsprechende Aussparung herstellen lässt, die anschließend vergossen wird.

7.2

Handeinbau

Nicht alle Bereiche einer Straße können mit einem Fertiger eingebaut werden. Ecken und Hinterschneidungen sind mit der Bohle häufig schwer zu erreichen und müssen so im Handeinbau erfolgen (Abb. 7.7). Normalerweise reichen neben dem Fertigerfahrer zwei bis drei Arbeiter für die Bedienung der Bohle sowie als Unterstützung auf der Baustelle. Ein Handeinbau erfordert dagegen deutlich mehr Personaleinsatz, um die Handeinbauflächen parallel zum Fertiger erstellen zu können. Ein gleichzeitiger Handeinbau und ein darauf folgendes, gemeinsames Abwalzen verhindern, dass sichtbare Nahtstellen entstehen. Grundsätzlich weisen handeingebaute Flächen eine etwas andere Oberflächenstruktur als maschinell eingebaute Bahnen auf. Aufgrund der fehlenden Vorverdichtung durch die Bohle ist auch die Verdichtung an der Stelle des Handeinbaus messbar geringer. Muss Material mit Schaufeln verteilt werden, ist darauf zu achten, dass das Material möglichst wenig geworfen wird. Durch das Werfen wird ein Entmischen gefördert und der intensive Luftkontakt oxidiert das Bitumen umgehend. Allgemein muss während des Handeinbaus schnell und sicher gearbeitet werden. Flächen, die mit Haftkleber angesprüht werden, sind rechtzeitig vorzubereiten.

148

7 In der Stadt (Deckschicht)

Abb. 7.7 Handeinbau von Asphalt: Eigenaufnahme, 2011

Abb. 7.8 Straßenrechen (l.) und Teerverteiler gezahnt (r.): Eigenaufnahmen, 2011

Das Verteilen des Mischgutes erfolgt im Handeinbau mit Straßenrechen (Teerrechen) und Teerverteilern. Auch wenn Teer schon lange nicht mehr im Straßenbau eingesetzt wird, hält sich der Begriff in den Werkzeugbezeichnungen bis heute (Abb. 7.8).

7.2

Handeinbau

7.2.1

149

Einbau eines Schachtdeckels

Im städtischen Bereich muss häufig mit Kanaldeckeln, Schiebern und Hydrantenkappen im Straßenbild gerechnet werden. Damit der Straßenverkehr später nicht unnötig behindert wird, müssen die eingelassenen Abdeckungen auf einem ähnlichen Niveau liegen wie die Deckschicht. Zunächst wird dazu die Position der Deckel im Straßenverlauf markiert. Dies ist wichtig, um sie später nach dem Asphaltieren auch schneller und sicher wiederzufinden. Üblicherweise wird dazu mit Markierungsfarbe die Position und Anzahl der Deckel am Straßenrand kenntlich gemacht. Der komplette Schachtaufbau würde über die jeweiligen Schichten zunächst hinausragen und kann deswegen nicht mit der Bohle überfahren werden. Deswegen muss die Höhe der Schächte in jeder aufgebrachten Asphaltschicht erneut angepasst werden. Wird die Trag- oder Binderschicht aufgebracht, werden die Schächte mit passenden Stahlplatten abgedeckt. Die Abdeckungen werden nach dem Positionieren über den Schächten mit ausreichend Trennmittel eingesprüht, um ein Anhaften von Asphalt zu verhindern. Nachdem der Fertiger die Asphaltschicht eingebaut hat, wird der Schacht wieder freigelegt. Dies kann nur im warmen und plastischen Zustand des Asphaltes erfolgen und ist somit direkt nach der Überfahrt durch den Fertiger zu erledigen. Die Schachtabdeckungen sollten stets griffbereit sein und an einem festen Ort am Fertiger aufbewahrt werden. Halterungen am Zugarm oder am Kübel haben sich dazu gut bewährt. Die zuvor angebrachten Markierungen zeigen die Position entlang der Straße. Durch ein entsprechendes Sondieren mit Stahlstangen werden die Abdeckungen über die Straßenbreite wiedergefunden. Nachdem der Schacht wieder freigelegt wurde, kann ein entsprechender Auflagering (AR) in der Dicke der Asphaltschicht eingesetzt werden. Nur für die Deckschicht wird meist schon der endgültige Schachtdeckel eingesetzt. Die Schwierigkeit liegt darin, die Einbauschichtdicke genau auf das Deckelniveau abzustimmen. Während die Bohle über den Deckel gleitet, ändert sich zudem kurzzeitig das Schwimmverhalten der Bohle. Dabei ist infolgedessen ein Aufsteigen der Bohle zu beobachten. Eine sehr genaue Anpassung der Schachtdeckel an die Straße ermöglicht das Anheben, nachdem die Deckschicht fertiggestellt wurde. Mit einem hydraulischen Schachtrahmenheber wird der obere Teil des Kanaldeckelrahmens angehoben und auf das Niveau der Deckschicht gebracht. Die in der Schachtwand entstehende Lücke wird mit speziellem Vergussmörtel ausgefüllt. Für diesen Zweck werden spezielle Verschalungen eingesetzt. Auf dem Markt sind auch verstellbare Blechringe oder aufblasbare Gummimanschetten erhältlich. Alternativ können auch, ohne den Einsatz einer Verschalung, spezielle rund geformte Schachtausgleichskeile mit Mörtel eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Schächte zu überbauen und anschließend freizuschneiden. Mit speziellen Vorbaugeräten (siehe Abb. 7.9) kann ein sauberer Schnitt durch die Deckschicht erfolgen. Die verbleibende Lücke zwischen Schachtdeckel und Deckschicht kann so minimiert werden und erfordert kein Anpassen mit Asphalt sondern lediglich ein Ausgießen.

150

7 In der Stadt (Deckschicht)

Abb. 7.9 Freischneiden eines Schachtdeckels: Eigenaufnahmen, 2019

In der konventionellen Bauweise (siehe Abb. 7.10) wird der Kanaldeckelrahmen bereits in der Binderschicht eingesetzt. Dazu wird der Rahmen meist per Hand in die Straße über den Kanal eingesetzt (1) und mit Hilfe eines Richtscheites an die Straßenneigung und

Abb. 7.10 Einbau eines Schachtdeckels: Eigenaufnahmen, 2012

7.2

Handeinbau

151

späteren Deckschichthöhe ausgerichtet (2). Die zum Ausrichten verwendeten Ausgleichskeile (3) verbleiben nach dem Vergießen dauerhaft in der Konstruktion. Zum Vergießen der verbleibenden Lücke wird diese, wie im hydraulischen Anhebeverfahren, durch eine Gummimanschette abgedichtet (4−5) und zunächst von außen mit Vergussmörtel aufgefüllt. Anschließend wird mit heißem Asphalt der verbliebene Raum um den Rahmen aufgefüllt (7) und mit einem Handstampfer verdichte. Abschließend wird der Vergussmörtel über entsprechende Zulaufkanäle in der Gummimanschette von innen in die noch verbleibenden Hohlraume eingebracht. Nachdem der Mörtel angefangen hat abzubinden, kann die Manschette wieder entfernt werden. Schachtdeckel werden nach der Norm EN 124 in Belastungsklassen eingeteilt (Tab. 7.1). Je nach zu erwartender Belastung und Einsatzort werden unterschiedliche Schachtabdeckungen eingesetzt. Tab. 7.1 Schachtdeckel nach Norm EN 124 Benennung

Prüfkraft [kN]

Gruppe

Beschreibung

A 15

15

1

Ausschließlich für Flächen, die von Fußgängern oder Radfahrern genutzt werden können, wie Fußgängerüberführungen oder Rasenflächen

B 125

125

2

Geeignet für Radwege, Gehwege, Fußgängerzonen, PKW-Parkplätze und vergleichbare Flächen, auf denen nur mit gelegentlichem Verkehr zu rechnen ist

C 250

250

3

Geeignet für Straßenrinnen mit einer maximalen Breite von 0,5 m, die nur selten befahren werden, Parkplätze und unbefahrene Seitenstreifen

D 400

400

4

Mit einer Belastbarkeit von etwa 40 t können diese Abdeckungen für alle Straßen, Seitenstreifen und Parkflächen vorgesehen werden, auf denen mit normalen Fahrzeugen zu rechnen ist

E 600

600

5

Für Militärgelände und nicht öffentliche Straßen (Industriegelände), bei denen mit schwerer Belastung zu rechnen ist

F 900

900

6

Für Flächen mit besonders hohen Radlasten wie etwa Flughäfen

152

7.2.2

7 In der Stadt (Deckschicht)

Kontrolle vom Förderband

In regelmäßigen Abständen sollten alle wichtigen Komponenten auf Verschleiß geprüft werden. Dazu bietet sich an, dies mit dem Reinigen zum Tagesabschluss gelegentlich durchzuführen. Das Förderband (Kratzerband) unterliegt naturgemäß einem starken Verschleiß und muss regelmäßig ausgetauscht werden. Dabei ist der Verschleiß normalerweise nicht durch ein Längen der Kette infolge des Betriebes, sondern durch abgeschliffene Bolzenverbindungen der einzelnen Kettenglieder bestimmt. Die Kette wird an den Außenlaschen durch das geförderte Material so weit abgeschliffen, dass die Bolzenverbindungen nicht mehr in den Laschen gehalten werden können und die Kette schließlich reißt. In der Praxis kommt dies bei mangelnder Wartung der Maschine durchaus vor und führt zu einem vorübergehenden Totalausfall der Maschine.

TIPP

Absenken der Schnecke zum Tagesabschluss Zum Ende einer Baustelle kann schrittweise die Schnecke abgesenkt werden, um die Materialvorlage im Schneckenkanal zu reduzieren. Voraussetzung dafür ist, dass die Bohle ohne zusätzliche Schneckenaußenlager aufgebaut ist bzw. die Außenlager zusammen mit der Schnecke absenkbar sind.

8

Der Feldweg (Tragdeckschicht)

Feldwege können sowohl unbefestigt, als sogenannte Grünwege, oder befestigt als Wirtschaftswege ausgeführt werden. Im folgenden Beispiel soll ein befestigter Hauptwirtschaftsweg in 3,25 m Breite ausgebaut werden. Wirtschaftswege dienen in erster Linie zum Erschließen von landwirtschaftlich genutzten Flächen. Die zahlenmäßige Verkehrsbelastung ist somit entsprechend gering, allerdings sind die Achslasten der meist landwirtschaftlichen Fahrzeuge sehr hoch. Auf Feldwegen ist es allgemein zumutbar, dass zum Überholen und © Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2020 M. Kappel, Angewandter Straßenbau, https://doi.org/10.1007/978-3-658-29470-0_8

153

154

8 Der Feldweg (Tragdeckschicht)

Abb. 8.1 Einbau von Tragdeckschicht auf einem Feldweg. (Foto: Volvo AB, Göteborg, Schweden)

Passieren die Kronenbreite1 voll ausgenutzt werden muss. Die Kronenbreite variiert in diesem Beispiel von 4,5 bis 5,5 m und ist davon abhängig, ob ein plangleicher Geländeanschluss vorliegt, bei dem die Kronenbreite entsprechend verringert werden kann. Die Straße wird in nur einer einzelnen asphaltgebundenen Schicht aufgebaut (Abb. 8.1). Das eingesetzte Tragdeckschichtmischgut übernimmt gleichzeitig die Funktion von Asphaltdecke und Aspahlttragschicht. Diese Bauweise weist bei geringer Verkehrsbelastung ein gutes Kosten/Nutzen-Verhältnis auf. Die Schichtdicke beträgt üblicherweise sechs bis acht Zentimeter. Die Entwässerung erfolgt über den Straßenquerschnitt in Dachformneigung zu beiden Seiten der Straße. Üblicherweise wird dies als Dachprofil bezeichnet und wird in Prozent angegeben. „Dachprofile sind allerdings nur in Ausnahmefällen beim Ausbau bestehender Straßen und auch dann nur in geraden Streckenabschnitten oder innerorts vorzusehen. Der Regelfall ist die einseitige Querneigung“ [73]. Als Planung und Vertrauensgrundlage dienen in der Regel:

1 Die Breite des Regelquerschnitts einer Straße, also die Summe von Fahrbahnbreite, Randstreifenbreite sowie Bankettbreite.

8.1

Dachprofil

155

• Richtlinien für den ländlichen Wegebau (RLW) • Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Befestigung ländlicher Wege (ZTV LW) Für das in der Asphalttragdeckschicht eingesetzte Gestein gilt im ländlichen Wegebau Anhang F der TL Gestein-StB. Die Anforderung „Widerstand gegen Polieren“ entfällt dabei.

8.1

Dachprofil

Die auf dem europäischen Markt befindlichen Bohlen besitzen in der Regel eine hydraulische oder mechanische Dachprofilverstellung (Abb. 8.2). Die Bohle knickt dabei um die mittlere Längsachse ein. Eine negative Dachprofileinstellung ergibt dabei ein V-förmiges Straßenprofil, eine positive Einstellung dagegen ein Profil, welches zu beiden Seiten abfällt2 . Technisch können die Bohlen meist sowohl eine positive als auch die seltener benötigte negative Dachprofilverstellung umsetzen. Die Bodenplatten sind an der Stelle des Bohlengelenks häufig geteilt. Es gibt aber auch durchgehende Bodenplatten, welche die Flexibilität des Stahls ausnutzen und ohne eine Lücke in der Mitte der Bohle auskommen. Das Einbauergebnis der durchgehenden Bodenplatten ist entsprechend gleichmäßiger und abgerundet im Profil. Diese Bauart ist jedoch fast ausschließlich auf dem US-amerikanischen Markt anzutreffen. Eine weitere Besonderheit des nordamerikanischen Markts sind Bohlen mit zwei zusätzlichen Knickgelenken für die Ausfahrteile. Die Bohlen können neben dem Dachprofil zusätzlich die Ausfahrteile abwinkeln (Abb. 8.3). Eingesetzt werden diese Bohlen, wenn der Randstreifen in einem Zug mit der Fahrbahn gefertigt werden soll. Dabei kann der Randstreifen stärker

Abb. 8.2 Positives Dachprofil

2 s. Abschn. 5.3.1 Neigungssensor.

156

8 Der Feldweg (Tragdeckschicht)

Abb. 8.3 Bohle mit einseitiger Abbnickung. (Foto: Volvo AB, Göteborg, Schweden)

abfallen als die eigentliche Fahrbahn. Diese Bauform wird benutzt, wenn ein schnelles Abführen von Oberflächenwasser gefordert ist. Die Bohlen werden auch zunehmend in Europa mit entsprechender Stampfertechnologie verkauft.

8.2

Hydraulische Bohlenbe- und -entlastung

Für ein qualitativ gutes Einbauergebnis ist ein kontinuierlicher Einbau eine wichtige Voraussetzung. Feldwege und ähnliche durch den Verkehr gering belastete Baustellen sind in der Praxis meist weit weniger straff organisiert als Baustellen in höherwertigen Belastungsklassen. Wird der Einbau unterbrochen, können Fertiger die Bohle in der aktuellen Höhenlage festsetzen. Mit der Bohlenarretierung wird durch das hydraulische Blockieren der Bohlenhubzylinder verhindert, dass während einer Einbaupause die Bohle absinken kann (Abb. 8.4). Die Funktion ist in der Regel mit dem Fahrhebel gekoppelt und wird aktiviert, sobald dieser in die Stoppposition bewegt wird. Mit dem erneuten Anfahren der Maschine wird diese Funktion wieder abgeschaltet. Die Bohlenblockierung verhindert ein Aufsteigen und hebt somit die Schwimmstellung der Bohle auf. Die ebenfalls mit der Fahrfunktion gekoppelte Funktion wird nach dem Anfahren leicht zeitverzögert wieder abgeschaltet. Die Zeitverzögerung soll verhindern, dass die Bohle infolge von abgekühltem und somit zäh gewordenem Einbaumaterial ungewollt aufsteigt. Durch die abgeschaltete Schwimmstellung wird zusätzliches Gewicht vom Fertiger auf die Bohle übertragen und so versucht, ein Aufsteigen der Bohle weiter zu minimieren. Dies funktioniert umso schlechter, je steiler der Anstellwinkel der Bohle in der Ausgangslage ist. Die entstehenden Erhebungen werden als Anfahrbuckel bezeichnet und werden gegebenenfalls in Handarbeit nachträglich beseitigt.

8.2

Hydraulische Bohlenbe- und -entlastung

Abb. 8.4 Hydraulische Bohlenbe- und -entlastung

157

158

8 Der Feldweg (Tragdeckschicht)

Die Bohlenteilentlastung kommt zum Einsatz, wenn die Bohle für das Einbaumaterial generell zu schwer ist oder der Fertiger nicht genug Traktion aufbringen kann (Radfertiger). Die Bohle wird dabei über die Bohlenhubzylinder hydraulisch entlastet, ohne sie in der Bewegungsfreiheit einzuschränken. Der Druck, mit dem die Zylinder Gewicht von der Bohle nehmen, ist dabei meist frei wählbar. Eine für das Einbaumatrial zu schwere Bohle ist daran zu erkennen, dass sich für die Bohle kein richtiges Schwimmen einstellen möchte. Die Bohle muss in einem starken Anstellwinkel gefahren werden, um die gewünschte Schichtdicke erreichen zu können. Das Einbaumaterial ist in diesem Fall nicht ausreichend viskos, um das komplette Bohlengewicht tragen zu können. Als Folge des hohen Anstellwinkels können Wellen eingebaut werden. Es ist zu beachten, dass Variobohlen im ausgefahrenen Zustand weniger Flächenpressung aufbringen können als eingefahrene Bohlen. Das relative Gewicht ist bei diesen Bohlentyp von der Einbaubreite abhängig. Als Faustformel gilt: Zeigt der Nivellierzylinder mehr als das Doppelte der tatsächlich eingebauten Schichtdicke an, kann die Bohlenentlastung eine Möglichkeit sein, den Anstellwinkel zu reduzieren. Durch ein reduziertes Bohlengewicht wird aber auch die Verdichtungsleistung der Bohle herabgesetzt. Es sollte also nur eingesetzt werden, wenn dies wirklich notwendig ist, und nur so viel, wie wirklich nötig ist. Wird ein Radfertiger in großer Arbeitsbreite eingesetzt, kommt es vor, dass die Traktion auf losem Untergrund nicht ausreicht. Die Räder drehen durch und es besteht die Gefahr des Eingrabens. Mit der Bohlenentlastung wird zum einen Gewicht von der Bohle genommen und auf den Fertiger übertragen, zum anderen wird der Zugwiderstand der Bohle reduziert. Durch das zusätzliche Gewicht auf den Hinterrädern verbessert sich einerseits die Traktion und gleichzeitig wird andererseits weniger Kraft für das Ziehen der Bohle benötigt. TIPP

Bohlenentlastung im Kreisverkehr Eine anspruchsvolle Aufgabe ist der nahtlose Einbau von Autobahnauffahrten oder Straßenkreiseln. Wird in extremer Kurvenfahrt eingebaut, muss die Bohle in derselben Zeit im äußeren Kreis mehr Material einbauen als in der innenliegenden Bohlenseite. Die damit verbundene größere Einbaugeschwindigkeit am Kurvenäußeren beeinflusst wiederum das Schwimmverhalten der Bohle. Es ist zu beobachten, dass die Bohle am äußeren Ende der Kreisbahn dazu neigt, stärker abzusinken als auf der Innenseite. Durch eine einseitige Bohlenentlastung auf der Seite des größeren Radius kann die Bohle entlastet und wieder ins Gleichgewicht gebracht werden. Ein einseitiges Anheben der Nivellierzylinder kann die Bohle ebenfalls wieder in ein Gleichgewicht bringen, dabei wird das äußere Rad des Fertigers jedoch nicht zusätzlich belastet. Die Methode der einseitigen Bohlenentlastung verbessert zusätzlich die Traktion in der Kurvenfahrt. Wenn der Fertiger keine Funktion zur einseitigen Bohlenbelastung aufweist, kann alternativ auch ein Bohlentransportzylinder manuell

8.3

Einsatz der Seitenbegrenzung

159

gesperrt werden. Dazu müssen jedoch meist Absperrhähne direkt an den Zylindern nachgerüstet werden. Der Transportzylinder auf der Kreisaußenseite kann für die Dauer des Einbaus entsprechend blockiert werden. Dadurch wird verhindert, dass die Bohle einseitig absackt, ohne eine übermäßige Verwindung der Zugarme zu benötigen.

8.3

Einsatz der Seitenbegrenzung

Die Seitenbegrenzungen dienen zum seitlichen Begrenzen des Schneckenkanals. Eine Seitenbegrenzung besteht im europäischen Raum stets aus einer tragenden Struktur, meist einem Balken, der fest mit der Bohlenstirnseite verbunden ist, sowie dem Seitenschild. Das eigentlich begrenzende Schild ist dabei in der Höhe frei beweglich geführt und kann meist durch zwei Kurbeln angehoben werden. Das Schild gleitet mit der Unterkante über den Grund und verhindert, dass Einbaumaterial seitlich auslaufen kann. Die Unterkante ist dabei in der Regel als breiteres Profil ausgeführt, damit ein tiefes Einsinken in losen Untergrund verhindert wird. Es werden auch Seitenbegrenzungen direkt ohne ein solches Profil eingesetzt. Diese laufen mit dem Schild direkt auf dem Untergrund. Wie in dem Abschn. 6.4 Abböschung erwähnt, können diese Gleitschienen auch gegen Formschuhe ausgetauscht werden, mit deren Hilfe ein winkliger Randabschluss hergestellt werden kann. Durch das Eigengewicht des Schildes und der freien Aufhängung folgt das Schild normalerweise der Kontur des Untergrundes. Mit den Kurbeln kann das Schild jedoch angehoben werden, um gewollt Material seitlich auslaufen zu lassen. US-amerikanische Seitenbegrenzungen (End Gates) sind dagegen federbelastet und können sich nicht frei bewegen (Abb. 8.5). Alle Seitenbegrenzungen reagieren empfindlich auf Querbelastungen, welche entstehen, wenn die Bohle

Abb. 8.5 US-Seitenbegrenzung (End Gate): Eigenaufnahme, 2009

160

8 Der Feldweg (Tragdeckschicht)

eingefahren wird und Einbaumaterial von der Seitenbegrenzung verschoben werden muss. In der Regel ist das Seitenschild durch eine Kraftbegrenzung in der Hydraulik gegen Überlast geschützt. Die Seitenbegrenzung bzw. der Aufnahmepunkt im Bohlenkörper kann dauerhaft verformt werden, wenn das Seitenschild versehentlich gegen die Schnecke oder einen Power Tunnel3 gefahren wird.

8.4

Hydraulische Seitenbegrenzung

In der Praxis kommt es häufig vor, dass dicht an Hindernissen entlang eingebaut werden muss (siehe Abb. 8.6 und 8.7), in dem Fall ist die Zugänglichkeit zu Kurbeln für den Bediener meist schwierig. Hydraulische Seitenbegrenzungen (Seitenschilder) ersetzen die sonst üblichen Handkurbeln zum Verstellen des Schildes meist durch Hydraulikzylinder. Es sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen der Kurbelmechanismus durch elektrische Servomotoren ersetzt werden. Damit das Seitenschild in Kontakt mit Hindernissen, wie Kanaldeckel, Randsteinen usw., stets ausweichen kann, dürfen die Kurbeln dies jedoch nicht verhindern. Es haben sich bei den meisten Herstellern Systeme mit einstellbaren kurzen Ketten am ausfahrbaren Teil der Kurbel durchgesetzt. Im Rahmen der Kettenlänge kann das Schild entsprechend frei ausweichen. Alternativ werden auch Kulissenmechaniken (Volvo) eingesetzt, die an Stelle einer Kette am unteren Ende der Kurbel ein geschlitztes Blech am oberen Teil der Kurbel verwenden und dadurch ein höheres Ausweichpotenzial bieten können. Im

Abb. 8.6 Hydraulisch verstellbare Seitenbegrenzung. (Foto: Hinrich Schirrmacher, 2015)

3 siehe Abschn. 8.5.

8.4

Hydraulische Seitenbegrenzung

161

Abb. 8.7 Einbau dicht an Hindernissen. (Foto: Frank Dörrie)

Fall der Mechanisierung werden in der Regel die Kurbeln durch Hydraulikzylinder ersetzt und durch Schalter oder über den Außensteuerstand von hinten bedienbar gemacht. Der Einsatz von Hydraulik ermöglicht neue Anwendungen, die rein mechanisch nicht lösbar waren. Alle hydraulischen Seitenbegrenzungen sind grundsätzlich mit Überdruckventilen ausgestattet, die ähnlich den Ketten oder der Kulissenmechanik ein Ausweichen des Schildes ermöglichen, ohne dass die Bohle ausgehoben wird. Ob das Schild nach dem Überfahren des Hindernisses wieder in die Ausgangsstellung zurückkehrt, ist abhängig von der eingesetzten Hydrauliklösung. In jedem Fall ist es wünschenswert, dass das Schild dem Untergrund sicher folgt. In den USA sind für diesen Zweck meistens die Kurbeln über zusätzliche Federpakete mit den Schilden verbunden. Die Federn können durch die Kurbeln vorgespannt werden und ermöglichen dadurch eine variable Anpresskraft der Seitenschilder zum Untergrund. Nachteilig ist, dass bei einer solchen Konstruktion mit zunehmender Federvorspannung das Ausweichpotenzial bis auf Null zurückgehen kann. Hydraulische Seitenbegrenzungen sind in diesem Fall flexibler und können über die Zylinder auch gezielt Anpresskraft erzeugen (Power-Down-Funktion). Es ist aber zu beachten, dass ein zu hoch gewählter Druck die Bohle ausheben kann.

162

8 Der Feldweg (Tragdeckschicht)

Abb. 8.8 Power Tunnel an einem US-Fertiger: Eigenaufnahme, 2009

8.5

Power Tunnel

Power Tunnel sind ebenfalls eine Besonderheit des US-amerikanischen Fertigermarktes (Abb. 8.8). Dabei werden seitlich aus der Fertigerrückwand hydraulische Kanalbleche ausgefahren. Diese mehrstufigen Schilde reichen aus, um die volle Breite einer Bohle nutzen zu können, ohne zusätzliche Kanalbleche anbauen zu müssen. Erst mit dem Einsatz von Bohlenverlängerungen werden auch am Power Tunnel Verbreiterungen angebaut. In der Regel ist es möglich, den Power Tunnel mit der Seitenbegrenzung in Kollision zu bringen. Hier ist besonders die Aufmerksamkeit der Benutzer gefragt, um dies zu verhindern. Diese Art von ausfahrbaren Kanalblechen hat sich in Europa nicht durchsetzen können. Ein Grund ist, dass die Fertiger in Europa für größere Arbeitsbreiten konzipiert sind. Für USFertiger, welche ihre maximale Arbeitsbreite aus technischen Gründen schon bei rund acht Metern finden, ist eine solche Konstruktion äußerst praktisch und ausreichend stabil. Größere Arbeitsbreiten sind in einem Power Tunnel kaum sinnvoll zu realisieren.

8.6

Anschluss an bestehende Fahrbahn

Der neu erstellte Feldweg mündet in eine schon bestehende Fahrbahn. Die Anschlussstelle wurde durch eine zuvor eingesetzte Straßenfräse vorbereitet. Damit die bestehende Straße höhengenau in die neue übergehen kann, muss das Walzmaß der neuen Decke berücksichtigt werden. Dazu werden zwei flache Metallleisten, in der Stärke des zu erwartenden Walzmaßes, auf die schon bestehende Fahrbahn gelegt und die Bohle darauf abgesetzt. Diese Vorgehensweise ermöglicht ein höhengenaues Starten, das überflüssige Einbaumaterial wird gleichzeitig mit dem Einlegen des Bitumenbands entfernt.

9

Autobahnbaustelle (Offenporiger Asphalt)

Auf der nachfolgenden Baustelle soll ein zehn Kilometer langes Autobahnteilstück auf sechs Spuren ausgebaut werden. Die besondere Nähe der Straße zu Wohngebieten erfordert hier zusätzliche Schallschutzmaßnahmen. Durch den Einsatz einer offenporigen Asphaltdeckschicht (OPA) soll der Lärm für die Anwohner merklich reduziert werden. In diesem Baustellenabschnitt wird eine Lage in 4,5 cm (Körnung 0/8) auf eine schon bestehende Binderschicht eingebaut.

© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2020 M. Kappel, Angewandter Straßenbau, https://doi.org/10.1007/978-3-658-29470-0_9

163

164

9.1

9 Autobahnbaustelle (Offenporiger Asphalt)

Offenporige Asphaltdeckschichten (OPA)

Der in den USA unter dem Namen Drainasphalt eingesetzte, offenporige Asphalt diente zunächst nur der Entwässerung von Flughafen-Start- und -Landebahnen. Die offenporigen Asphalte sind aufgrund der lärmreduzierenden Eigenschaften auch als Flüsterasphalt oder lärmoptimierter Asphalt bekannt geworden. Im Gegensatz zum herkömmlichen Asphalt weist dieser einen ungewöhnlich hohen Hohlraumgehalt von 22−28 Vol.-% auf. Ein geringer Feinanteil und eine Dominanz der großen Gesteinskörnungen ermöglichen eine gute Verbindung der Hohlräume untereinander. Luft und Wasser können so durch die Schicht abgeleitet werden. Die Fähigkeit, Luft abzuleiten, ist entscheidend für die lärmreduzierende Fähigkeit der Deckschicht. Eine Hauptlärmquelle von schnell fahrenden Fahrzeugen ist das Abrollgeräusch der Reifen. Während des Abrollvorgangs wird Luft zwischen Reifenprofil und Straße komprimiert. Das darauf folgende Entspannen der zuvor verdichteten Luft, verursacht das typische Fahrzeuggeräusch. Die offenporige Struktur reduziert die Luftkompression durch die Aufnahme der Luft in die Schicht und verhindert die Entstehung des Lärms an der Quelle. Ein weiterer Effekt der offenporigen Schicht ist, dass entstandener Lärm absorbiert wird. Ein Teil der entstandenen Schallenergie verbleibt bis zum Abklingen in der Schicht. Aus dem Leitfaden zum Aufbringen zweischichtiger, offenporiger Asphaltdeckschichten wird eine Schallreduzierung um mindestens 5 dB(A) gegenüber Gussasphalt beschrieben. Diese Wirkung soll dabei länger als acht Jahre anhalten (vgl. [74]). Die Abnahme der schallreduzierenden Eigenschaft lässt sich anschaulich damit erklären, dass die im Asphalt befindlichen Hohlräume im Laufe der Zeit durch Verunreinigungen zugesetzt werden. Es hat sich gezeigt, dass schnell fahrende Fahrzeuge eine reinigende Wirkung auf den Asphalt besitzen. Durch den entstehenden Luftzug der Reifen werden Verschmutzungen herausgesogen und zum Straßenrand befördert. Der Asphalt ist allerdings ungeeignet für Bereiche, bei denen mit starkem Reifenabrieb, bzw. Verschmutzungen, zu rechnen ist. Neben der schallreduzierenden Wirkung wird zudem Oberflächenwasser schnell durch die Deckschicht abgeführt. Für den Verkehr reduziert sich bei Nässe die Sprühfahnenbildung erheblich. Für die Ableitung des Oberflächenwassers wird üblicherweise eine Neigung von 2,5 % geplant. Je nach Straßenführung können auch weitere Entwässerungseinrichtungen notwendig werden. Die Binderschicht, auf welche der OPA aufliegt, wird dabei wasserundurchlässig versiegelt. Dies ist der Hauptunterschied zu der Bauweise mit wasserdurchlässigem Asphalt (WDA). Bei dem Einsatz von WDA werden sämtliche Schichten der Straße wasserdurchlässig ausgeführt. Das Oberflächenwasser kann so direkt in den Untergrund abfließen. Auf diese Bauweise wird in folgenden Kapiteln weiter eingegangen1 . Aufgrund der gleichmäßigen Körnung des OPAs ohne einen Feinanteil, ist das Oberflächenbild bei dieser Bauweise meist sehr gut. Entmischungen können wegen der nahezu einheitlichen Korngröße praktisch nicht entstehen. 1 s. Abschn. 16.2, WDA.

9.1

Offenporige Asphaltdeckschichten (OPA)

165

Die zweischichtigen, offenporigen Asphalte (2OPA oder ZWOPA) gehören zu den neueren Entwicklungen und sind im „Merkblatt für Asphaltdeckschichten aus Offenporigem Asphalt“ (M OPA) in der Ausgabe 2013 beschrieben. Dabei wird die wasserdurchlässige Schicht aus zwei verschiedenen Lagen in unterschiedlicher Körnung hergestellt. Die oberste Schicht (Körnung 0/8) verhindert, dass größere Verunreinigungen in die darunter liegende gröbere Schicht (Körnung 0/16) vordringen können. Diese Bauweise ermöglicht den Einsatz auch außerhalb von schnell befahrenen Straßen. Eine Untersuchung von OPA in Niedersachsen zeigte ein positives Bild der Haltbarkeit. Dabei waren 88 % der erneuerten Abschnitte mit OPA 10 Jahre und älter. Etwa zwei Drittel der Abschnitte wiesen ein Alter zwischen 10 und 12 Jahren auf. 5 % der Abschnitte lagen bis zum Ersatz sogar über einer Dauer von 15 Jahren [107].

9.1.1

Wirtschaftlichkeit

Offenporige Asphalte werden schon seit 1987 im deutschen Straßenbau eingesetzt und getestet. Der OPA der dritten Generation, mit einem Hohlraumgehalt von bis zu 28 Vol.-%, ist zurzeit die neueste Entwicklung. Die zuvor einwickelten Asphalte der ersten und zweiten Generation sind mit