VSS 2007/702: Einsatz von Asphaltbewehrungen (Asphalteinlagen) im Erhaltungsmanagement

Projektbeschrieb

In den letzten Jahren sind im Bereich Erhaltung unter anderem auch verstärkt Asphaltbewehrungen aus verschiedensten Materialien zum Einsatz gekommen. Dies erfolgte unter anderem mit dem Ziel einer Verringerung des Erhaltungsaufwandes durch eine Verlängerung der Instandsetzungsintervalle und damit auch der Nutzungsdauer der Strasse. Erste praktische und theoretische Kurzstudien in der Schweiz haben gezeigt, dass die Verwendung von Asphaltbewehrungen nicht immer zum gewünschten Erfolg einer Erhaltungsmassnahme beigetragen haben. Es fehlen in diesem Bereich weiterführende Kenntnisse über die Langzeitwirkung und die Besonderheiten im verschiedenartigen Einsatz dieser Konstruktionselemente.

Diese Pilotstudie liefert eine ausführliche Zusammenfassung bisheriger Erfahrungen und Erkenntnisse der nationalen und internationalen Anwendungen im Erhaltungsmanagement. Dabei werden erste Schlussfolgerungen für den Einsatz im Erhaltungsmanagement in der Schweiz abgeleitet, wenn möglich Empfehlungen gegeben und vorhandene Wissenslücken aufgezeigt. Es entsteht zusätzlich eine Struktur der Begriffssystematik der bestehenden Aufbaukonstruktionen im Bereich Erhaltungsmanagement.

Aus dieser Studie wird schlüssig hervorgehen in wie weit eine weitere Forschung notwendig ist und wie bestehendes Wissen und Erfahrungen genutzt werden können. Es werden die Grundlagen für die Ausschreibung einer langzeitlichen objektbezogene Forschung durch eine Definition von Kriterien zur Evaluation von Untersuchungsobjekten und der Erstellung eines Pflichtenheftes für die Durchführung der Untersuchung an den Objekten erarbeitet.

Auftraggeber

UVEK / ASTRA, VSS-Forschungsauftrag 2007/702

In Zusammenarbeit mit:

Abteilung Strassenbau / Abdichtungen, EMPA

Autoren

Prof. H.P. Lindenmann
D. Jacobs
F. Schiffmann

Prof. Dr. M. Partl
C. Raab

Bezugsquelle

VSS-Sekretariat
Bericht Nr. 1297
Download (PDF 8.1 MB)

Zusammenfassung

In den letzten Jahren wurden im Erhaltungsmanagement von Strassen bei Instandsetzungen und Verstärkungen Asphalteinlagen eingesetzt. Dies sind nach der SN 670 259 EN 15381 Geotextilien oder geotextilverwandte Produkte, die bei Erhaltungsmassnahmen von bitumenhaltigen Trag- und Deckschichten angewendet werden können. Sie werden in oder zwischen den bitumenhaltigen Trag- und Deckschichten eingebaut. Mit deren Anwendung soll eine Verlängerung der Instandsetzungsintervalle der Strasse, d.h. der Lebensdauer des Belages und damit eine Reduzierung der Aufwendungen für den Strassenunterhalt erzielt werden.

Ein gesamtschweizerischer Überblick zu den Anwendungen und den Erfahrungen der Wirksamkeit mit Asphalteinlagen im Erhaltungsmanagement bei den Deck- und Tragschichten des Oberbaus fehlte bislang weitgehend. Da die Anwendung von Asphalteinlagen von wesentlicher Bedeutung für das Erhaltungsmanagement ist, wurde die vorliegende Forschungsarbeit initiiert, um die Produkte und die Grundlagen der Anwendungen sowie vorhandene Untersuchungen und Erfahrungen der Praxis zu Asphalteinlagen zu erfassen und zu analysieren. An Hand der Ergebnisse und Erkenntnisse sollten die Grundlagen für die Ausschreibung einer langzeitlichen, objektbezogenen Forschung erarbeitet werden.

Die Recherche zu den Produkten und Grundlagen der Anwendungen zeigte, dass Asphalteinlagen aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind und diese zu einer unterschiedlichen Struktur zusammengesetzt sind. Asphalteinlagen bestehen aus den Materialien Kunststoff, Glas, Carbon oder Stahl. Sie besitzen eine gitterförmige (Gitter), flächenförmige (Vliese) oder gitterförmige und flächenförmige (Verbundstoffe) Struktur. Aus der vereinfachten Marktrecherche in der Schweiz stellte sich heraus, dass von 18 Produkten 10 Verbundstoffe, 7 Gitter und 1 Vlies für die Anwendung zur Verfügung stehen. Die in der Schweiz am häufigsten angewendeten Produkte werden aus den Materialien Glas und Carbon angefertigt. Nebenbei gibt es noch wenige Anwendungen mit Produkten aus Stahl (Stahldrahtgeflecht) und Kunststoff. In der Norm SN 670 092 EN ISO 10318 ist eine Nomenklatur für die Produkte vorgegeben. Sie ist für die Vliese mit GTX-N, für die Gitter mit GGR und für die Verbundstoffe mit GCO festgelegt.

Im Strassenoberbau werden Asphalteinlagen bei Erhaltungsmassnahmen im Hocheinbau und im Tiefeinbau eingesetzt. Es konnten hierbei drei wesentliche Einbautypen ermittelt werden. Beim Typ 1 wird die Asphalteinlage zwischen der alten, leicht beschädigten Asphaltdeckschicht und der neuen Deckschicht eingebaut (Hocheinbau). Beim Typ 2 wird die Asphalteinlage bei der Erneuerung der Deckschicht eingesetzt (Tiefeinbau). Beim Typ 3 wird die Asphalteinlage bei der Erneuerung weiterer Schichten in Form des Teilbzw. Totalersatzes verwendet (Tiefeinbau).

Bei den drei beschriebenen Einbautypen befindet sich die Asphalteinlage im Verbund mit den bitumenhaltigen Schichten des Strassenoberbaus. Die Eigenschaften und die Funktionen von Asphalteinlagen wie das Bewehren, Abdichten und die Tragfähigkeitsverbesserung hängen damit nicht nur von der Asphalteinlage selbst ab, sondern auch vom Zusammenwirken der verschiedenen Schichten untereinander. Einen wesentlichen Einfluss auf die Funktionalität hat der Verbund der Schichten untereinander. In verschiedenen Laborversuchen wurde die Verbundscherkraft an Bohrkernen mit und ohne Asphalteinlage ermittelt. In den Versuchen stellte sich heraus, dass Asphalteinlagen den Verbund beeinträchtigen können. Zu den Ursachen fehlen bislang noch Aussagen weitestgehend.

Um die Erfahrungen bei der Anwendung mit Asphalteinlagen vor allem hinsichtlich der Langzeitwirkung zu ermitteln, wurden Interviews mit den Strassenbetreibern (Tiefbauämtern) und Produktherstellern in der Schweiz durchgeführt.

Die Auswertung der Interviews ergab, dass vor allem folgende Fragen bezüglich Einsatz und Wirksamkeit von Asphalteinlagen bei der Erhaltung unbeantwortet und deshalb von grossem Interesse sind:

• Überbrückung (Durchschlagen von Rissen, zeitliche Entwicklung)
• Rissbild (Verteilung, Rissweiten, etc.)
• Schub/Haftung (Verbundkraft und -wirkung, zeitliche Entwicklung)
• Steifigkeit/Verformung
• Feuchte im Rissbereich (Wassereindringung)
  

Aufbauend auf den Erkenntnissen der hier vorliegenden Pilotstudie wurde ein Konzept für eine objektbezogene Forschung hinsichtlich der zu untersuchenden Fragen, Einrichtung von Teststrecken und der Mess- und Prüfmethoden zur Klärung der Wirksamkeit und Lebensdauer entworfen.

Die dazu nötigen Untersuchungsobjekte sollten die folgenden sein:

• Strasse mit Schäden
• Strasse mit künstlichen Schäden (Risse)
• Kurzstrecke mit Schäden (Risse)
• Labor Modellsystem mit künstlichen Schäden (Risse)
  

Dabei sollten mit Schwergewicht die folgenden Bereiche bearbeitet werden:

• Gitterförmige Asphalteinlagen (Glas und Carbon)
• Flächige Erhaltungsmassnahmen
• Einbaulage Typ 3a (zwischen Trag- und Binderschicht)
  

Neben diesen Schwerpunkten sollten wenn möglich, weitere Produkte aus anderen Materialien in die Untersuchungen miteinbezogen werden.

Für die Simulation der Verkehrsbelastung stehen der Verkehrssimulator MLS10 (EMPA) und der Verkehrslastsimulator Halle Fosse (EPFL) sowie der Verkehrslastsimulator MMLS (EMPA) zu Verfügung. Das Verhalten bei tiefen Temperaturen kann mit dem Joint Movement Simulator JMS der EMPA untersucht werden.
Das Ziel der langzeitlichen, objektbezogenen Forschung besteht darin, einerseits Kriterien für eine Anwendungsüberprüfung neuer Produkte zu entwickeln. Andererseits sollten in einer praxisnahen Systemuntersuchung sowie der erforderlichen Labormessungen die Wirksamkeit und Lebensdauer von Asphalteinlagen im Schichtensystem des Strassenoberbaus analysiert und beurteilt werden, um Produkte gezielt am Objekt validieren zu können.