Schuhmann, Rainer (Martin-Schongauer-Weg 20, Karlsruhe, 76149, DE)
Nestmann, Franz (Fichtenstrasse 20, Marxzell, 76359, DE)
Schuhmann, Rainer (Martin-Schongauer-Weg 20, Karlsruhe, 76149, DE)
| 1. | Fahrbahndecke, umfassend eine Fahrbahndeckschicht, aufgebaut aus einer Betonplatte oder einer Schicht auf Basis eines bituminösen Baustoffs, und eine unter der Deckschicht angeordnete, einen Porenhohiraum bildende Monokornschicht, welche mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten von Randvouten der Fahrbahndeckschicht begrenzt ist. |
| 2. | Fahrbahndecke nach Anspruch 1, wobei die Randvouten ein im wesentli chen 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 Fahrbahn deckschicht eine Betonplatte ist. |
| 5. | Fahrbahndecke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Monokorn schicht eine Monokornschicht, aufgebaut aus Beton, Sand oder Kies, vor zugsweise eine Monokornbetonschicht auf Basis einer Einkorn Betonzusammensetzung, ist. |
| 6. | Fahrbahnaufbau, insbesondere für Verkehrsund Versiegelungsflächen un terschiedlicher Nutzungsart, insbesondere Verkehrstraßen wie Autobahnen sowie feste Fahrbahnen für Schienenfahrzeuge, umfassend eine Fahrbahn decke nach einem der Ansprüche 1 bis 5. |
Eine der wichtigsten Infrastruktureinrichtungen ist das Verkehrsnetz, insbesondere das Straßennetz. Nicht nur der lndividualverkehr 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 Lastkraft- wagen 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 struktu- rierte 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 be- toniert und nach Ausfertigung in einzelne Platten aufgesägt, wobei die Fugen an- schließend 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 Wasserein- drang 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 Witterungsein- flüssen 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 aus- gepreßt. 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 Was- ser-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 kon- tinuierliche Zunahme der Hohlraumbildung kann auch eine Zunahme der vertika- len 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 Verkehrssicher- heit und hohe Kosten bedingt.
DE 196 42 025 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verhinderung von Frost-und Pflanzenaufbrüchen und Setzungen im Fahrbahnbereich und dessen Seitenstrei- fen 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 sicherge- stellt werden, daß eine Entmischung der Kiessandschicht verhindert wird, die Bil- dung von Kondenswasser unter der Fahrbahndecke, was ansonsten zu Frostauf- brüchen führen kann, ausgeschlossen wird und keine Wurzeln in die Kiessand- schicht 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 Witte- rungseinflüssen zu verbessern.
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 Ausfüh- rungsformen gelöst.
Insbesondere wird eine Fahrbahndecke bereitgestellt, umfassend eine Fahrbahn- deckschicht, aufgebaut aus einer Betonplatte oder einer Schicht auf Basis eines bituminösen Baustoffs, und eine unter der Deckschicht angeordnete, einen Po- renhohiraum bildende Monokornschicht, welche mindestens an zwei gegenüber- liegenden Seiten von Randvouten der Fahrbahndeckschicht begrenzt ist ("Taucherglockeneffekt"). Mit anderen Worten beruht die vorliegende Erfindung
auf einer Fahrbahndecke mit integriertem Porenhohlraum. Die konstruktive Ge- staltung bzw. das Profil der Randvouten unterliegt dabei keiner spezifischen Be- schränkung. 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 Fahrbahn- decke angeordnete, den Porenhohlraum bildende Monokornschicht von Rand- vouten begrenzt, welche die Fahrbahndecke vollständig, d. h. an allen Seitenrän- dern, umlaufen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung unterliegt die Monokornschicht, d. h. eine Schicht auf Basis eines Monokornmaterials, keiner materialspezifischen Be- schränkung, soweit die für die Verkehrsbelastung erforderliche Tragfähigkeit ge- währleistet 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 Er- findung ist die Monokornschicht eine Betonschicht auf Basis einer üblichen Ein- korn-Betonzusammensetzung, beispielsweise einer solchen mit 8-, 16-, 32-oder 63 mm Größtkorn. Die konstruktive Anordnung bzw. Geometrie der Monokorn- schicht 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 einge- setzten 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 bitumi- nösen Baustoffs, wie eine Asphaltbetondecke, Gussasphaltdecke oder Splittma- stixasphaltdecke, 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 bei- spielsweise einer gebundenen Tragschicht. Die Schadensfreiheit bei Frosteinwir- kung wird bei nicht frostsicherer Unterlage üblicherweise durch eine Frostschutz- schicht 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 insbe- sondere 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 Ei- genschaften eines kompressiblen Mediums genutzt werden. Wasser erhält gene- rell 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 inkompres- siblen Wasserpolsters unter den Fahrbahndecken in ein kompressibles dadurch, daß ein seitlich abgeschlossener Hohlraum unter den Fahrbahndecken vorgese- hen wird ("Taucherglockeneffekt"). Der Porenhohiraum unter der im wesentlichen dichten Fahrbahndecke wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Monokorn- schicht erzeugt, die in einem getrennten Arbeitsschritt auf den Unterbau aufge- bracht und danach mit der Fahrbahndecke überfüllt wird. Durch die poröse Mono- kornschicht 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 einge- schlossenes Luftvolumen erhalten, das die kompressiblen Eigenschaften zum Druckausgleich bei Wechselbelastungen aufrechterhält. Die durch Wechselbela- stungen entstehenden Druckstöße werden durch den erfindungsgemäßen Fahr-
bahndeckenaufbau stark gedämpft und vermindern damit das folgenschwere Ausspülen von Unterbaumaterial. Mit anderen Worten, die Minderung des vorste- hend beschriebenen Druckstoßphänomens erfolgt durch den Einbau einer porö- sen 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 Fahr- bahnbelag 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 ausgegra- ben 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 Unterbe- ton, wobei gegebenenfalls auch zur Erhöhung der Biegezugfestigkeiten Stahl-
oder Glasfasern vorgesehen werden können, vollständig vergossen. Die Mono- kornschicht dient dabei als sogenannte verlorene Schalung sowohl für die Vouten, als auch für die Unterseite der Betonplatte. Am Fahrbahnrand wird dabei übli- cherweise 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 Fahrbahnauf- bau für Verkehrs-und Versiegelungsflächen unterschiedlicher Nutzungsart, insbe- sondere 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 Frostschutz- schicht fungiert, als verlorene Schalung trassiert sein. Der Fahrbahn-bzw. Stra- ßenoberbau kann dann bis zum Planum bautechnisch vollständig aus der erfin- dungsgemäßen Fahrbahndecke, die Decke und Frostschutzschicht einschließt, gebildet werden. Demgemäß kann mittels der erfindungsgemäßen Fahrbahndek- kenkonstruktion die erste Tragschicht, die wegen ihrer Bedeutung für die Siche- rung 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 Trag- schicht 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 fun- gieren bzw. als"Filter"die Verdichtung der ungebundenen Frostschutzschicht durch aus dem Untergrund aufsteigendes feinkörniges Material und damit ein An- stauen 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, Polypro- pylen, 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, Struk- turmatten, Gittergewebe, Streifengewebe, Gewebe, Vliese, Netze oder Verbund- strukturmatten beispielhaft genannt werden.
Die Figuren zeigen : Fig. 1 ein allgemeines Prinzip der Plattenbauweise bei Fahrbahnen in Draufsicht und entlang des Schnitts 1-1 ; 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 Porenhohiraum gemäß der vorliegenden Erfin- dung sowie entlang des Schnitts II-II ; und Fig. 4 das Prinzip des Druckausgleichs durch den Porenhohiraum unter den erfin- dungsgemäßen Fahrbahndecken.