Eine der wichtigsten Infrastruktureinrichtungen
ist das Verkehrsnetz, insbesondere das Straßennetz. Nicht nur der Individualverkehr
wird zum größten Teil über die
Straße
abgewickelt, sondern auch das ständig
steigende Güteraufkommen
wird zunehmend auf die Straße
verlegt. Dabei werden die Güter verstärkt in Lastkraftwagen
auf der Straße
befördert. Die
Erhöhung
des zulässigen
Gesamtgewichts solcher Lastkraftwagen von 38 Mg auf 42 Mg, und die Erhöhung der
zulässigen
Achslast verstärken
dabei die zunehmende Belastung des Straßennetzes.
Beim Bau von Bundesautobahnen (BAB) kommen
zunehmend Betondecken als Straßenoberbau
zum Einsatz. Beton ist abriebresistent, bietet durch die strukturierte
Oberfläche
Halt für
die Reifen (verbesserte Bremsverzögerung, geringere Rutschgefahr
bei Nässe
oder Glätte,
etc.) und kann die Kräfte
durch seine starre Struktur gut in den Untergrund ableiten. Zudem
ist Beton in der Herstellung recht einfach und preiswert. Üblicherweise
wird eine Betonfahrbahn in einem Stück betoniert und nach Ausfertigung
in einzelne Platten aufgesägt,
wobei die Fugen anschließend
mit Bitumen aufgefüllt
werden.
In der Regel führen kurzzeitige Regenfälle zu einer
Vernässung
der Fahrbahn, die infolge seitlicher Drainierung und Verdunstung üblicherweise
rasch beseitigt wird. Die dabei mit Bitumen ausgefüllten Fugen
verhindern den örtlichen
Wassereindrang in den Unterbau. Darüber hinaus ist der Unterbau
in der Lage, Wasser zu filtern und mittels Versickerung abzuleiten.
Die starke Wechselbelastung infolge
von Schwerlastverkehr und Witterungseinflüssen führt jedoch nach einiger Zeit
häufig
zum partiellen Aufbruch der Bitumen-Fugen. Dies führt im Gegenzug zu einem zunehmenden
Wassereintritt durch die Fugen zwischen den Beton-Fahrbahndecken.
Zunehmender Wassereintritt führt
während
und nach Starkregen zur partiellen kurzzeitigen, aber vollständigen Vernässung der
Fahrbahndecken, so daß die
Platten kurzzeitig fast ganz unter Wasser stehen, bis infolge der
Drainage das Wasser wieder abgeführt
wird. Dabei kommt es bei Überfahrung
des Schwerlastverkehrs zu geringfügigen, aber stetig zunehmenden Vertikalbewegungen
der Fahrbahndecken. Hierbei wird druckstoßartig das unter den Fahrbahndecken befindliche
Wasser zwischen den Fugen größtenteils nach
oben und zu einem geringeren Anteil in Richtung Unterbau ausgepreßt. Die
verkehrsbedingten hochdynamischen Wechselbelastungen führen sukzessive
zu einer Verstärkung
dieser Effekte, wobei zusammen mit dem Wasser feinkörnige Anteile
des Unterbaus ausgespült
werden.
Folgt man nach einem Starkregen mit
dem Auto einem LkW, so ist die vorstehend beschriebene vertikal
nach oben gerichtete Auspressung eines Wasser-Feststoff-Gemisches über die
Fugen lokal fontainenartig zu beobachten. Der Verlust des feinkörnigen Unterbaumaterials
infolge der Auspressung kann schließlich zu einer Hohlraumbildung
unter den Fahrbahndecken führen.
Die kontinuierliche Zunahme der Hohlraumbildung kann auch eine Zunahme der
vertikalen Fahrbahndeckenbewegung infolge der Überfahrungen bzw. der dynamischen
Wechselbelastungen bedingen.
Häufig
halten die Fahrbahndecken diesen Wechselbelastungen nicht mehr stand,
was zum Bruch der Platten führt.
Es kann beobachtet werden, daß die
einzelnen Platten jeweils an ihren Ecken brechen (diagonaler Verlauf
des Risses) und so einer mechanischen Zerstörung verstärkt ausgesetzt sind. Üblicherweise
bedingt dies eine Sperrung eines Fahrstreifens zur Ausbesserung
der Fehlstellen, was in der Regel eine Verkehrsbehinderung einschließlich verminderter
Verkehrssicherheit und hohe Kosten bedingt.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, einen Fahr bahnaufbau bereitzustellen, dessen
Lebensdauer wesentlich verlängert ist.
Dabei soll insbesondere auch die Lagerung der Fahrbahndecken verbessert
werden, was zusätzlich dem
Schallschutz dient und den Fahrkomfort steigert.
Diese Aufgabe wird durch die in den
Ansprüchen
gekennzeichneten Ausführungsformen
gelöst.
Insbesondere wird eine Fahrbahndecke
bereitgestellt, umfassend eine Fahrbahndeckschicht und eine unter
der Deckschicht angeordnete, einen Porenhohlraum bildende Monokornschicht,
welche mindestens an zwei gegenüberliegenden
Seiten von Randvouten der Fahrbahndeckschicht begrenzt ist („Taucherglockeneffekt"). Mit anderen Worten
beruht die vorliegende Erfindung auf einer Fahrbahndecke mit integriertem
Porenhohlraum. Die konstruktive Gestaltung bzw. das Profil der Randvouten
unterliegt dabei keiner spezifischen Beschränkung. Üblicherweise weisen die Randvouten
im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch ein im wesentlichen
trapezförmiges
Profil auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird die unter der Fahrbahndecke angeordnete, den Porenhohlraum
bildende Monokornschicht von Randvouten begrenzt, welche die Fahrbahndecke
vollständig,
d.h. an allen Seitenrändern,
umlaufen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
unterliegt die Monokornschicht, d.h. eine Schicht auf Basis eines
Monokornmaterials, keiner materialspezifischen Beschränkung, soweit
die für
die Verkehrsbelastung erforderliche Tragfähigkeit gewährleistet ist. Demzufolge kann
die erfindungsgemäß unter
der Fahrbahndecke angeordnete bzw. fixierte Monokornschicht beispielsweise
aus Beton, Sand oder Kies aufgebaut sein. In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Monokornschicht eine Betonschicht
auf Basis einer üblichen Einkorn-Betonzusammensetzung,
beispielsweise einer solchen mit 8-, 16-, 32- oder 63 mm Größtkorn. Die
konstruktive Anordnung bzw. Geometrie der Monokornschicht unterliegt
keiner spezifischen Beschränkung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
wird unter einer solchen Monokornschicht üblicherweise der Regelaufbau
für Fahrbahnen
wie Straßen,
d.h. Tragschicht, Frostschutzschicht, angeordnet.
Die Fahrbahndecke kann aus jedem
im Fahrbahnbau herkömmlicherweise
eingesetzten Material sein. Üblicherweise
ist die Fahrbahndecke im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine
Betonplatte oder eine Schicht auf Basis eines bituminösen Baustoffs
wie eine Asphaltbetondecke, Gussasphaltdecke oder Splittmastixasphaltdecke.
Vorzugsweise ist die Fahrbahndecke im Rahmen der vorliegenden Erfindung
eine Betonplatte.
Abhängig von der Verkehrsbelastung
und der Art der vorgesehenen Tragschicht gibt es eine Reihe von
einsetzbaren Konstruktionen. Bei Betonfahrbahnen beträgt die Dicke
der Betondecke bzw. -platte danach zwischen 30 cm bei Bauklasse
I mit beispielsweise einer Schottertragschicht und 16 cm bei Bauklasse
VI auf beispielsweise einer gebundenen Tragschicht. Die Schadensfreiheit
bei Frosteinwirkung wird bei nicht frostsicherer Unterlage üblicherweise
durch eine Frostschutzschicht gewährleistet. Ihre Dicke ergibt
sich in der Regel als Differenz zwischen der Gesamtdicke des frostsicheren
Straßenaufbaus
und der Dicke der Hauptkonstruktion.
Die vorliegende Erfindung stützt sich
auf ein Druckstoßphänomen, das
sich insbesondere bei inkompressiblen Medien, wie beispielsweise
Wasser, in vielfältiger
Weise negativ auf Bauwerke auswirkt. Alle Druckstoßphänomene im
Wasserbau werden generell dadurch abgemindert, indem die mechanisch
dämpfenden
Eigenschaften eines kompressiblen Mediums genutzt werden. Wasser
erhält
generell kompressible Eigenschaften durch die Hinzunahme von Luft.
Dies kann durch ein Luftpolster über
der Wasseroberfläche
oder eine Luftblasendispersion im Wasser erfolgen. Die vorliegende
Erfindung löst
das vorstehend ausgeführte
Problem, d.h. das Auftreten von Fahrbahndeckenbrüchen durch Wechselbelastungen
und Wasser-Feststoff-Austrag, mittels der Überführung des an sich inkompressiblen
Wasserpolsters unter den Fahrbahndecken in ein kompressibles dadurch,
daß ein
seitlich abgeschlossener Hohlraum unter den Fahrbahndecken vorgesehen wird
(„Taucherglockeneffekt"). Der Porenhohlraum unter
der Fahrbahndecke wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Monokornschicht
erzeugt, die in einem getrennten Arbeitsschritt auf den Unterbau aufgebracht
und danach mit der Fahrbahndecke überfüllt wird. Durch die poröse Monokornschicht bleibt
die Aufla gefläche
der gesamten Fahrbahndecke weitgehend erhalten. Zudem bleibt durch
den mittels der Randvouten abgegrenzten Porenhohlraum im Falle der
vollständigen
Vernässung
der Fahrbahndecke ein eingeschlossenes Luftvolumen erhalten, das
die kompressiblen Eigenschaften zum Druckausgleich bei Wechselbelastungen
aufrechterhält.
Die durch Wechselbelastungen entstehenden Druckstöße werden
durch den erfindungsgemäßen Fahrbahndeckenaufbau
stark gedämpft
und vermindern damit das folgenschwere Ausspülen von Unterbaumaterial.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Fahrbahndecke
bzw. Fahrbahnaufbaus wird üblicherweise
zunächst
der Unterbau der Fahrbahn bis zur Unterkante der Monokornschicht
hergestellt. Anschließend
wird eine Monokornschicht, üblicherweise
vollflächig,
aufgebracht und auf das jeweils vorgeschriebene Maß, d.h.
die geforderte Tragfähigkeit
für die
aufliegende Fahrbahndecke, verdichtet. Die im wesentlichen trapezförmigen Profile
der Vouten können
aus der Monokornschicht beispielsweise mittels eines Baggers mit
einem dafür
geeigneten Löffel
ausgegraben oder mit einer Fräse
ausgefräst
werden. In die so entstandenen Gräben kann dann eine Armierung
(z.B. eine Stahleinlage) eingebracht werden. Anschließend wird
die Fahrbahndeckschicht, wie insbesondere eine Betonplatte, entweder
in einschichtiger Bauweise oder zweischichtiger Bauweise mit Ober-
und Unterbeton, wobei gegebenenfalls auch zur Erhöhung der
Biegezugfestigkeiten Stahl- oder
Glasfasern vorgesehen werden können,
vollständig
vergossen. Die Monokornschicht dient dabei als sogenannte verlorene
Schalung sowohl für
die Vouten, als auch für
die Unterseite der Betonplatte. Am Fahrbahnrand wird dabei üblicherweise
die Form der Vouten mittels einer senkrechten Schalung fixiert.
Wenn eine senkrechte Trennung der Vouten erforderlich ist (vgl. 4), so kann diese in der
Regel entweder durch die Einlage einer Weichfaserplatte vor dem
Betonguss in das entsprechende Voutenprofil oder durch Aufsägen der
fertig gegossenen Platte erfolgen. In der Regel wird die fertige
Fahrbahn in der Breite aus mehreren, solchen erfindungsgemäß gestalteten
Fahrbahndecken, d.h. Fahrbahneinheiten, zusammengesetzt sein.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung
betrifft einen Fahrbahnaufbau für
Verkehrs- und Versiegelungsflächen
unterschiedlicher Nutzungsart, insbesondere Verkehrstraßen wie
beispielsweise Autobahnen sowie auch feste Fahr bahnen für Schienenfahrzeuge,
mit einer solchen, vorstehend beschriebenen Fahrbahndecke.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrbahnaufbaus
können
die Randvouten der erfindungsgemäßen Fahrbahndecke
in eine darunter angeordnete Monokornschicht, die gleichzeitig als
Tragschicht und/oder als Frostschutzschicht fungiert, als verlorene
Schalung trassiert sein. Der Fahrbahn- bzw. Straßenoberbau kann dann bis zum
Planum bautechnisch vollständig
aus der erfindungsgemäßen Fahrbahndecke,
die Decke und Frostschutzschicht einschließt, gebildet werden. Demgemäß kann mittels
der erfindungsgemäßen Fahrbahndekkenkonstruktion
die erste Tragschicht, die wegen ihrer Bedeutung für die Sicherung
gegen Frost- und Tauschäden
meist als Frostschutzschicht ausgebildet ist, ganz oder zumindestens
teilweise ersetzt werden, wodurch die vorgeschriebene Fahrbahn-
bzw. Straßenaufbaudicke
reduziert werden kann. Die als Tragschicht und/oder Frostschutzschicht
fungierende Monokornschicht weist kapillarbrechende Funktion auf,
d.h. durch die Verhinderung des Wasseraufstiegs bleibt das Korngefüge luftgesättigt.
Dabei kann ferner zwischen Untergrund
und Fahrbahnoberbau (Decke und Tragschicht bzw. Frostschutzschicht)
ein Geotextil mit ausreichendem Porenvolumen vorgesehen werden,
das durch seine Struktur das gewünschte
Luftpolster fixiert, ohne statische Nachteile in Kauf zu nehmen.
Das Geotextil kann gleichzeitig auch als Sauberkeitsschicht für die aufzulegende
Bewehrung der Fahrbahndecke fungieren bzw. als „Filter" die Verdichtung der ungebundenen Frostschutzschicht
durch aus dem Untergrund aufsteigendes feinkörniges Material und damit ein Anstauen
des Sickerwassers verhindern. Als solche Geotextilien werden gemäß der Norm
SN 640 550 ein im Locker- und Festgestein im Bauwesen verwendetes
wasser- und luftdurchlässiges
Flächengebilde
definiert. Zu solchen Geotextilien gehören im allgemeinen Gewebe,
Vliese und Maschenware, die üblicherweise
zumeist aus synthetischen Polymeren, wie z.B. Polyamid, Polyethylen,
Polypropylen, Polyester und Polyacrylnitril, hergestellt werden.
Ferner können
Geotextlien auch aus Naturtasern wie Wolle, Baumwolle, Kokosfasern,
Zellulose oder Jute hergestellt werden. Als Typen von Geotextlien
können
Maschenware, Strukturmatten, Gittergewebe, Streifengewebe, Gewebe,
Vliese, Netze oder Verbund strukturmatten beispielhaft genannt werden.
Die Figuren zeigen:
1 ein
allgemeines Prinzip der Plattenbauweise bei Fahrbahnen in Draufsicht
und entlang des Schnitts I-I;
2 den
Wasserstand im Umfeld von Fahrbahndecken während und unmittelbar nach
einem Starkregen;
3 die
Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Fahrbahnaufbau mit einer
Fahrbahndecke mit integriertem Porenhohlraum gemäß der vorliegenden Erfindung
sowie entlang des Schnitts II-II; und
4 das
Prinzip des Druckausgleichs durch den Porenhohlraum unter den erfindungsgemäßen Fahrbahndecken.