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Oberflächeneigenschaften und Straßenbautechnik
VSVI-Seminar Münster 2011
Dr.-Ing. Stefan Ludwig
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Gliederung
1. Allgemeines
2. Physikalische Eigenschaften
3. Funktionale Eigenschaften
4. Bautechnische Beeinflussung
5. Technisches Regelwerk
6. Fazit
22
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1. Allgemeines
33
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1. Allgemeines
Straßenoberfläche ist der einzige Berührungspunkt zwischen
Reifen Fahrbahn
44
Oberflächeneigenschaften unterliegen mehreren Einflussfaktoren:
Planung & Entwurf Bautechnik Verkehr Umwelt
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1. Allgemeines
Bedeutung von Oberflächeneigenschaften:
Verkehrsteilnehmer Nutzungsqualität (Verkehrssicherheit, Fahrkomfort)
Straßenbaulastträger Nutzungsqualität (Verkehrssicherungspflicht)
+
Wirtschaftlichkeit
55
Finanzieller Aufwand Nutzen
(Planung, Bau & Erhaltung) (Qualität, Dauerhaftigkeit, Substanz)
Verhältnis von
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1. Allgemeines
66
Oberflächeneigenschaften
Physikalische Eigenschaften
TexturEbenheitLichttechnische Eigenschaften
Funktionale Eigenschaften(Gebrauchseigenschaften)
GriffigkeitHelligkeitLärmminderungWasserabfluss
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2. Physikalische Eigenschaften
77
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2. Physikalische Eigenschaften
Texturgeometrische Gestalt der Fahrbahnoberfläche
88
Unterscheidung zwischen 3 Texturarten:
Mikrotextur Makrotextur Megatextur
< 0,5 mm 0,5 – 50 mm 50 – 500 mm
PA MASMA
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2. Physikalische Eigenschaften
TexturMessverfahren:
99
Ausflussmessung(DIN EN 13036-3)
SRT-Pendelgerät(TP Griff-StB (SRT))
Polier- und Griffigkeitsmessgerät nach Wehner Schulze
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2. Physikalische Eigenschaften
EbenheitLängs- und Querebenheit wirkt sich direkt auf Fahrkomfort, Sicherheit und Beanspruchung aus.
Bewertung erfolgt in Abschnitten von 0,5 m bis zu 50 m
linienförmige Betrachtung in Profilschnitten
berührende oder berührungslose Messverfahren
1010
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2. Physikalische Eigenschaften
Ebenheitberührende Verfahren (TP Eben, Teil: Berührende Messungen):
1111
4m-Latte(Quer- und Längsebenheit)
Planograf(Längsebenheit)
Profilograf(Querebenheit)
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2. Physikalische Eigenschaften
Ebenheitberührungslose Verfahren (TP Eben, Teil: Berührungslose Messungen):
1212
Schnellfahrende Messsysteme(Lasermessungen)
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2. Physikalische Eigenschaften
1313
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2. Physikalische Eigenschaften
1414
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2. Physikalische Eigenschaften
Lichttechnische EigenschaftenWerden im Wesentlichen durch das Reflexionsvermögen beeinflusst.
Sind abhängig von der verwendeten Gesteinskörnung, der Oberflächentextur und dem witterungsbedingten Oberflächenzustand (trocken, feucht, nass).
Messverfahren: „Range-Gerät“
1515
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3. Funktionale Eigenschaften
1616
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3. Funktionale Eigenschaften
GriffigkeitBeschreibt die Größe der Kraftübertragung zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahn.
Veränderliche Größe, d. h. abhängig von Verkehrsbeanspruchung und Witterung.
Wird beeinflusst durch Textur und stoffliche Beschaffenheit der Fahrbahn.
schnellfahrende und stationäre Messsysteme
1717
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3. Funktionale Eigenschaften
Griffigkeitschnellfahrende Messverfahren:
1818
Seitenkraftmessverfahren(SKM)
(TP Griff-StB (SKM))
GripTester(Schlupf-Messanhänger)
Stuttgarter Reibungsmesser(SRM)
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3. Funktionale Eigenschaften
Griffigkeitstationäre Messverfahren:
1919
Ausflussmessung(DIN EN 13036-3)
SRT-Pendelgerät(TP Griff-StB (SRT))
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HelligkeitVorteile heller Fahrbahnoberflächen:
Erhöhung der Verkehrssicherheit
Verbesserung der Verformungsbeständigkeit (geringere Erwärmung durch Sonneneinstrahlung)
Minimierung von Kosten ortsfester Beleuchtungsanlagen
Ist neben bautechnischen Einflüssen abhängig von Textur, Verschmutzung und Witterung.
Prüfung kann im Rahmen eines Eignungsnachweises gefordert werden.
Messverfahren: Bestimmung des Leuchtdichtekoeffizienten an Laborprobekörpern oder Bohrkernen
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3. Funktionale Eigenschaften
2020
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3. Funktionale Eigenschaften
2121
Entstehung von Straßenverkehrslärm
Antriebsgeräusch≤ 40 km/h (Pkw)
≤ 70 km/h (Lkw)
UmströmungsgeräuschReifen-/Fahrbahngeräuschca. 40 – 120 km/h (Pkw)
> 70 km/h (Lkw)
Lärmminderung
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LärmminderungBerechnung der Emissionspegel an Straßen gemäß „Richtlinie für den Lärmschutz an Straßen“ (RLS)
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3. Funktionale Eigenschaften
2222
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LärmminderungMessverfahren:
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3. Funktionale Eigenschaften
2323
Statistische Vorbeifahrt (SPB)(ISO 11819-1)
Lärmmessanhänger (CPX)(ISO 11819-2)
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WasserabflussBeeinflussung der Wasserfilmdicken durch Fahrbahngeometrie, Ebenheit, Textur und Wetter
Wechselwirkung mit anderen funktionalen Eigenschaften
mittlere Wasserfilmdicke = Wassermenge pro Flächeneinheit
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3. Funktionale Eigenschaften
2424
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4. Bautechnische Beeinflussung
2525
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Texturkaum Einfluss durch Einbau und Verdichtung bei fehlerfreiem Einbau
Wahl der Mischgutart und –sorte (Größtkorn)
Verhältnis von grober zu feiner Gesteinskörnung
Kornform
Bindemittelart
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4. Bautechnische Beeinflussung
2626
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EbenheitEbenheit der Unterlage
kontinuierliche Einbaugeschwindigkeit
Stillstände vermeiden
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4. Bautechnische Beeinflussung
2727
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EbenheitEbenheit der Unterlage
kontinuierliche Einbaugeschwindigkeit
Stillstände vermeiden
„Kontakt“ Lkw mit Fertiger
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4. Bautechnische Beeinflussung
2828
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EbenheitEbenheit der Unterlage
kontinuierliche Einbaugeschwindigkeit
Stillstände vermeiden
„Kontakt“ Lkw mit Fertiger
Ggf. Einsatz eines Übergabegerätes (Beschicker) vorsehen.
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4. Bautechnische Beeinflussung
2929
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EbenheitEbenheit der Unterlage
kontinuierliche Einbaugeschwindigkeit
Stillstände vermeiden
„Kontakt“ Lkw mit Fertiger
Ggf. Einsatz eines Übergabegerätes (Beschicker) vorsehen.
Bohleneinstellungen
Walzeneinsatz (Anzahl, Gewicht, Zeitpunkt, Streuereinsatz)
Kaum Einfluss durch Mischgut bei einer den Beanspruchungen entsprechenden Wahl von Mischgutart, -sorte und -zusammensetzung.
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4. Bautechnische Beeinflussung
3030
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Wiederherstellung der Ebenheit während der NutzungsdauerGeeignete Instandsetzungsverfahren gemäß ZTV BEA-StB 09:
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4. Bautechnische Beeinflussung
3131
Dünne Asphaltdeckschichten in Kaltbauweise
(DSK)
Dünne Asphaltdeckschichten in Heißbauweise(DSH, DSH-V)
Rückformen
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Lichttechnische EigenschaftenWenig bis kein Einfluss durch Einbau und Verdichtung.
Wahl der Gesteinsart
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4. Bautechnische Beeinflussung
3232
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GriffigkeitGesteinsart (Polierresistenz)
Korngrößen:
Tendenz: kleineres Größtkorn = bessere Griffigkeit
hoher Anteil grober Gesteinskörnungen = günstiges Drainagevermögen, bei ungünstigem PSV jedoch schlechte Griffigkeit
Offenporige Asphalte!
Zusammenwirken von Bindemittel, feinen Gesteinskörnungen und Füller
Entmischungen vermeiden
Walzeneinsatz (Art, Zeitpunkt, Vibration, etc)
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4. Bautechnische Beeinflussung
3333
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GriffigkeitAufbringen von Abstreumaterial zur Sicherstellung einer ausreichenden Anfangsgriffigkeit (Korngröße, Temperatur, Umhüllung)
Zeitpunkt der Verkehrsfreigabe
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4. Bautechnische Beeinflussung
3434
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Wiederherstellung der Griffigkeit während der NutzungsdauerGeeignete Instandhaltungsverfahren gemäß ZTV BEA-StB 09:
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4. Bautechnische Beeinflussung
3535
Feinfräsen
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Wiederherstellung der Griffigkeit während der NutzungsdauerGeeignete Instandhaltungsverfahren gemäß ZTV BEA-StB 09:
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4. Bautechnische Beeinflussung
3636
Kugelstrahlen
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Wiederherstellung der Griffigkeit während der NutzungsdauerGeeignete Instandhaltungsverfahren gemäß ZTV BEA-StB 09:
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4. Bautechnische Beeinflussung
3737
Schlagsternverfahren Meißelverfahren
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Wiederherstellung der Griffigkeit während der NutzungsdauerGriffigkeitsverbessernde Maßnahmen gemäß „Merkblatt für griffigkeits-verbessernde Maßnahmen an Verkehrsflächen aus Asphalt“
Dauerhaftigkeit der Verfahren ist zu überprüfen
Art der Maßnahme ist abhängig vom Oberflächenzustand:
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4. Bautechnische Beeinflussung
3838
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HelligkeitArt und Anteil des im Asphaltmischgut enthaltenen hellen Gesteins
Abstreumaterial
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4. Bautechnische Beeinflussung
3939
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Lärmminderung„ungünstige“ Oberflächen:
sehr glatte/polierte Oberflächen
Anstieg des „Airpumping“-Effektes
Größtkorn über 8 mm
Amplituden im Wellenlängenbereich der oberen Makro- und unteren Megatextur
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4. Bautechnische Beeinflussung
4040
Reifen-Schwingungen
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Lärmminderunglärmtechnisch „günstige“ Oberflächen:
Offenporige Bauweise mit kleinem Größtkorn
Reduzierung des „Airpumping“-Effektes
„Plateaus mit Schluchten“
Reduzierung der Reifenschwingungen
Minimierung Airpumping
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4. Bautechnische Beeinflussung
4141
Schnitt durch Profiltiefe der Straßenoberfläche
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LärmminderungWahl der Mischgutart („Lärmmindernde Asphaltdeckschichten“)
Offenporige Asphaltdeckschichten (PA)
Zweilagige Offenporige Asphaltdeckschichten (ZWOPA)
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4. Bautechnische Beeinflussung
4242
Schicht-dicke
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Lärmminderung
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4. Bautechnische Beeinflussung
4343
Schicht-dicke
AufgestiegeneAbdichtung
Akustisch wirksame Dicke
Einbau auf dichter Unterlage
Abdichtung
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LärmminderungWahl der Mischgutart („Lärmmindernde Asphaltdeckschichten“)
Offenporige Asphaltdeckschichten (PA)
Zweilagige Offenporige Asphaltdeckschichten (ZWOPA)
Lärmmindernder Gussasphalt
kleines Größtkorn von 5 oder 8 mm
feinkörniger, möglichst kubischer Abstreusplitt 2/3 oder 2/4 mm
keine Walzverdichtung
Lärmarmer Splittmastixasphalt (SMA LA)
Lärmoptimierte Asphaltdeckschichten ( LOAD)
„Porous-Mastic-Asphalt“ (PMA)
…
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4. Bautechnische Beeinflussung
4444
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WasserabflussWenig Einfluss durch Einbau und Verdichtung (Ebenheit)
Wahl der Mischgutart und -sorte
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4. Bautechnische Beeinflussung
4545
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5. Technisches Regelwerk
4646
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Neubau:
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5. Technisches Regelwerk
4747
ZTV Asphalt-StB 07
Ebenheit Griffigkeit
Grenzwerte&
Toleranzen
TP Eben,
Teil: Berührende Messungen
TP Griff-StB
Prüfverfahren
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Ebenheitsanforderungen gemäß ZTV Asphalt-StB 07:
nach Ablauf der Frist für Mängelansprüche: ≤ 7 mm auf der Deckschicht
Eine Überschreitung beweist noch keinen Mangel.
Der AG hat zu prüfen, ob ein Mangel vorliegt und der AN zur Beseitigung verpflichtet ist.
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5. Technisches Regelwerk
4848
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Griffigkeitsanforderungen gemäß ZTV Asphalt-StB 07:
Eine Überschreitung beweist noch keinen Mangel.
Der AG hat zu prüfen, ob ein Mangel vorliegt und der AN zur Beseitigung verpflichtet ist.
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5. Technisches Regelwerk
4949
Abnahme Ablauf Frist für Mängelansprüche
μSKM bei 80 km/h 0,46 0,40
μSKM bei 60 km/h 0,51 0,45
μSKM bei 40 km/h 0,56 0,49
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Instandhaltungsverfahren gemäß ZTV BEA-StB 09
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5. Technisches Regelwerk
5050
Erhaltung:
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Instandsetzungsverfahren gemäß ZTV BEA-StB 09
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5. Technisches Regelwerk
5151
Erhaltung:
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5. Technisches Regelwerk
Weitere Regelwerke:
DIN EN 13036, Oberflächeneigenschaften von Straßen und Flugplätzen, Teile 1-8
Merkblatt zur Optimierung der Oberflächeneigenschaften von Asphaltdeckschichten (M OOA)
Merkblatt für den Bau griffiger Asphaltdeckschichten ( M BgA)
Merkblatt für griffigkeitsverbessernde Maßnahmen an Verkehrsflächen aus Asphalt
Merkblatt zur Bewertung der Straßengriffigkeit bei Nässe
Arbeitspapier „Reflexionseigenschaften von Gesteinskörnungen und Oberflächen aus Asphalt“
Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen (RLS)
…
5252
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6. Fazit
5353
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6. Fazit
Oberflächeneigenschaften sind veränderliche Größen.
Oberflächeneigenschaften werden von mehreren Faktoren beeinflusst.
Nicht alle Einflussfaktoren sind steuerbar:
Planung, Entwurf & Bau steuerbar
Verkehr & Umwelt nicht steuerbar
Unterscheidung zwischen physikalischen und funktionalen Oberflächeneigenschaften
Eine gleichzeitige Optimierung aller Oberflächeneigenschaften ist nicht immer möglich.
Es gilt Schwerpunkte zu setzen anhand der Anforderungen der jeweiligen Maßnahme.
5454
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6. Fazit
Oberflächeneigenschaften beeinflussen sich gegenseitig:
Bedeutung/Gewichtung von Oberflächeneigenschaften hängt von der Sichtweise des Betrachters ab.
5555
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6. Fazit
5656„Fahren wie auf einem Teppich!“
Perfekte Oberflächeneigenschaften:
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!