WO2004059087A1 - Fahrbahndecke sowie fahrbahnaufbau mit einer solchen fahrbahndecke - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrbahndecke, umfassend eine Fahrbahndeckschicht, aufgebaut aus einer Betonplatte oder einer Schicht auf Basis eines bituminösen Baustoffs, und eine unter der Deckschicht angeordnete, einen Porenhohlraum bildende Monokornschicht, welche mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten von Randvouten der Fahrbahndeckschicht begrenzt ist, sowie einen entsprechenden Fahrbahnaufbau mit einer derartigen Fahrbahndecke.

Description

FAHRBAHNDECKE SOWIE FAHRBAHNAUFBAU MIT EINER SOLCHEN FAHRBAHNDECKE

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrbahndecke, umfassend eine Fahrbahndeckschicht, aufgebaut aus einer Betonplatte oder einer Schicht auf Basis eines bituminösen Baustoffs, und eine unter der Deckschicht angeordnete, einen Porenhohlraum bildende Monokornschicht, welche mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten von Randvouten der Fahrbahndeckschicht begrenzt ist, so- wie einen entsprechenden Fahrbahnaufbau mit einer derartigen Fahrbahndecke.

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 druckstoß- artig 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 Was- ser feinkörnige Anteile des Unterbaus ausgespült werden.

Folgt man nach einem Starkregen mit dem Auto einem Lastkraftwagen, 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 Unterbau materials 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. DE 196 42 025 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verhinderung von Frost- und Pflanzenaufbrüchen und Setzungen im Fahrbahnbereich und dessen Seitenstreifen sowie im Straßen-, Wege-, Platz- und Tiefbau. Durch eine drainagefähige Trennschicht zwischen geschlossenen Fahrbahn- bzw. Platzbelägen und deren Untergrund soll dabei verhindert werden, daß beispielsweise Regenwasser, das durch die Drainage nicht abgeführt werden kann, über die Fahrbahndecke und den Randstreifen in die Kieselsandschicht geführt wird. Damit soll ferner sichergestellt werden, daß eine Entmischung der Kiessandschicht verhindert wird, die Bil- düng von Kondenswasser unter der Fahrbahndecke, was ansonsten zu Frostaufbrüchen führen kann, ausgeschlossen wird und keine Wurzeln in die Kiessandschicht gelangen. Zudem hat die Trennschicht die Aufgabe, die von der Sonne erwärmte Tragschicht von der kalten Sand-/Kiesschicht isolatorisch zu trennen. Eine solche Anordnung, wie in DE 196 42 025 A1 vorgesehen, eignet sich dazu, entstehende Feuchte (Kondenswasser) zu minimieren oder gezielt nach unten zu führen, aber eignet sich jedoch nicht, die Stabilität entsprechender Fahrbahnen gegenüber starken Wechselbelastungen infolge von Schwerlastverkehr und Witterungseinflüssen zu verbessern.

Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Fahrbahnaufbau 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, aufgebaut aus einer Betonplatte oder einer Schicht auf Basis eines bituminösen Baustoffs, 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 bevor- zugten 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. Die Monokornschicht dient im wesentlichen zur Fixierung des Luftpolsters direkt unter der Fahrbahnplatte.

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, die eine Dichtschicht bildet, welche unter der Fahrbahndek- ke zusammen mit der Monokornschicht ein Luftpolster erzeugen bzw. fixieren kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Fahrbahndecke bzw. Fahr- bahndeckschicht aus einer Betonplatte oder einer Schicht auf Basis eines bituminösen Baustoffs, wie eine Asphaltbetondecke, Gussasphaltdecke oder Splittmastixasphaltdecke, aufgebaut. Vorzugsweise ist die Fahrbahndecke im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus einer Betonplatte aufgebaut. 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 Hauptkon- struktion.

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 Pro- blem, 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 im wesentlichen dichten 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 Auflagefläche der gesamten Fahrbahndecke weitgehend erhalten. Zudem bleibt durch den mittels der Randvouten abgegrenzten Poren- hohlraum 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 Fahr- bahndeckenaufbau stark gedämpft und vermindern damit das folgenschwere Ausspülen von Unterbau material. Mit anderen Worten, die Minderung des vorstehend beschriebenen Druckstoßphänomens erfolgt durch den Einbau einer porösen Monokornschicht als Zwischenschicht, die ein flaches, durch Vouten umran- detes Volumen umschließt, wodurch die Luft aus dieser Zwischenschicht nicht entweichen kann. Dadurch wird bei Vernässung der Fahrbahn ein kompressibles Luftpolster erzeugt. Die durch die Wechselbelastung der Deckplatte entstehenden Druckstöße werden darin abgedämpft. Dazu sind stabile Randvouten erforderlich, welche die Druckstöße statisch aufnehmen können. Gleichzeitig wird die Lage- rung der Fahrbahndecke verbessert.

Die im Stand der Technik bekannten Maßnahmen, wie beispielsweise in DE 196 42 025 A1 beschrieben, sehen üblicherweise einen wasserdurchlässigen Fahrbahnbelag vor, der das Niederschlagswasser in den Fahrbahnunterbau flächig abführen soll. Dagegen beruht die vorliegende Erfindung darauf, den Unterbau durch eine im wesentlichen dichte Deckschicht vor Vernässung zu schützen, um so den erfindungswesentlichen „Taucherglockeneffekt" zu bewirken. Nur durch die eingeschlossene Luft unter der Fahrbahnplatte kann der zu den entsprechenden Schäden führende Pumpeffekt bei der Überfahrt schwerer Lasten vermieden wer- den.

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Fahrbahndecke bzw. Fahrbahnaufbaus wird üblicherweise zunächst der Unterbau der Fahrbahn bis zur Unterkante der Monokornschicht hergestellt. Anschließend wird eine Monokornschicht, üblicher- weise 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. Fig. 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 angeord- nete 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 Fahrbahndek- kenkonstruktion 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 kapillarbrechen- de 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 Naturfasern wie Wolle, Baumwolle, Kokosfasern, Zellulose oder Jute hergestellt werden. Als Typen von Geotextlien können Maschenware, Strukturmatten, Gittergewebe, Streifengewebe, Gewebe, Vliese, Netze oder Verbundstrukturmatten beispielhaft genannt werden.

Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Prinzip der Plattenbauweise bei Fahrbahnen in Draufsicht und entlang des Schnitts l-l;

Fig. 2 den Wasserstand im Umfeld von Fahrbahndecken während und unmittelbar nach einem Starkregen;

Fig. 3 die Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Fahrbahnaufbau mit einer Fahrbahndecke mit integriertem Porenhohlraum gemäß der vorliegenden Erfindung sowie entlang des Schnitts INI; und

Fig. 4 das Prinzip des Druckausgleichs durch den Porenhohlraum unter den erfindungsgemäßen Fahrbahndecken.

Claims

Ansprüche

1. Fahrbahndecke, umfassend eine Fahrbahndeckschicht, aufgebaut aus einer Betonplatte oder einer Schicht auf Basis eines bituminösen Baustoffs, und eine unter der Deckschicht angeordnete, einen Porenhohlraum bildende

Monokornschicht, welche mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten von Randvouten der Fahrbahndeckschicht begrenzt ist.

2. Fahrbahndecke nach Anspruch 1 , wobei die Randvouten ein im wesentlichen trapezförmiges Profil aufweisen.

3. Fahrbahndecke nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Monokornschicht von Randvouten begrenzt wird, welche die Fahrbahndecke vollständig umlaufen.

4. Fahrbahndecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fahrbahndeckschicht eine Betonplatte ist.

5. Fahrbahndecke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Monokom- schicht eine Monokornschicht, aufgebaut aus Beton, Sand oder Kies, vorzugsweise eine Monokornbetonschicht auf Basis einer Einkorn- Betonzusammensetzung, ist.

6. Fahrbahnaufbau, insbesondere für Verkehrs- und Versiegelungsflächen un- terschiedlicher Nutzungsart, insbesondere Verkehrstraßen wie Autobahnen sowie feste Fahrbahnen für Schienenfahrzeuge, umfassend eine Fahrbahndecke nach einem der Ansprüche 1 bis 5.