3D - StraStab: 3D-StraStab Dreidimensionale Stabilisierung von Verkehrswegen
3D-StraStab – Dreidimensionale Stabilisierung von Verkehrswegen mittels Geozellen zur Verbesserung der Tragfähigkeit und Erhöhung der Gebrauchs-tauglichkeit (Lebensdauer)
Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wird ein neues System zur Stabilisierung von Verkehrswegen mit und ohne Asphaltdeckschichten und ein entsprechendes Bemessungsverfahren hierfür entwickelt werden. Das hierfür vorgesehene dreidimensionale Stabilisierungssystem, so ge-nannte Geozellen, wird bisher vorwiegend im Erosionsschutz von Böschungen eingesetzt und bedarf einer Weiterentwicklung für die Anwendung im Verkehrswegebau. Die Grundlegende Eignung des Systems für die Anwendung im Straßenbau wurde zuvor im Rahmen Modellversuchen grundsätzlich bestätigt (Vergl. Kapitel 4). Wesentliche Zielstellung des aus einzelnen, dreidimensionalen Kunst-stoffwaben zusammengesetzten Systems besteht darin, den in den Waben eingeschlossenen Boden daran zu hindern unter dynamischen Belastungen aus dem Verkehr, im wesentlichen Radlasten, seitlich auszuweichen.
Durch die Reduktion/Verhinderung von seitlichen Bodenverformungen werden zwangsläufig auch die auftretenden Vertikalverformungen reduziert/vermieden. Zusätzlich führt das System zu einer Span-nungsreduktion innerhalb der Tragschichten bzw. auf dem Untergrund und einer Steifigkeitserhö-hung der Tragschichten (Vergl. Kapitel 4).
Das System soll beim Bau von Verkehrswegen ohne Asphaltdeckschichten wie z.B. dem temporären Wegebau (z.B. Zugangswege von Windparks) oder dem Bau von landwirtschaftlichen Wegen oberflä-chennah als Oberflächenstabilisierung eingesetzt werden und die Ausbildung von Spurrinnen und Schlaglöchern verhindern, wodurch die Sanierungsintervalle reduziert und die Gebrauchstauglichkeit signifikant erhöht werden kann. Ferner werden durch den Einsatz auch die erforderlichen Schichtdi-cken reduziert werden, um so insbesondere Materialeinsparungen und damit Kosteneinsparungen zu erreichen. Besonders innovativ ist hierbei eine mögliche Substitution von üblicherweise zur An-wendung kommenden qualifizierten Straßenbaumaterialien wie Schotter, die zumeist über lange Transportwege aus den Mittelgebirgen zur Baumaßnahme transportiert werden müssen, durch lokal in der Nähe der Baumaßnahme vorhanden Füllmaterialien wie z.B. Sand oder Recyclingmaterialien. Hierdurch werden natürliche Ressourcen geschont und CO2-Einsparungen im Rahmen der Baumaß-nahmen ermöglicht. Die ggf. geringen mechanischen Eigenschaften des weniger qualifizierten Füll-materials (Reibungswinkel, Steifemodul etc.) unter dynamischen Belastungen werden durch den zusammenhaltenden Effekt der Kunststoffwaben ausgeglichen, so dass eine gleichwertige Perfor-mance der Straßenaufbauten trotz der Verwendung von Materialien minderer Qualität und der Aus-führung gering mächtiger Schichten erhalten bleibt.
der Richtlinie für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen (RStO) werden die Kunst-stoffwaben im oberen Bereich der Tragschicht ohne Bindemittel (ToB) direkt unterhalb der Asphalt-decke eingesetzt werden (Abb. 3). Wesentlich für die Langzeitstabilität von gebundenen Verkehrs-wegen sind die auftretenden Zugspannungen im Asphalt. Diese entstehen im Wesentlichen durch plastische Verformungen in den darunter liegenden mineralischen Tragschichten in Folge Verkehrs-belastungen. Die größten Belastungen im Bereich der ToB treten dabei im oberen Bereich auf. Hier-für existieren bisher, außer ggf. der nachteiligen Verwendung von hydraulischen Bindemitteln, keine direkten Stabilisierungssysteme. Durch das in der Größe (Höhe, Zellendurchmesser) anpassbare Wa-bensystem werden insbesondere die plastischen Verformungen des Tragschichtmaterials deutlich reduziert, so dass hierdurch die Lebensdauer von Verkehrswegen erhöht werden kann. Zusätzlich werden dadurch langfristig, insbesondere auch im Bereich des Straßenneubaus, die notwendigen Asphaltdeckschichtdicken reduziert, so dass die Gesamtkonstruktion gering mächtig und damit Ver-kehrswege sehr viel wirtschaftlicher hergestellt werden können. Damit wird gleichzeitig den Anforde-rungen an die sogenannten „Low Volume Roads“ Rechnung getragen.
Für die Anwendung neuer Systeme im Verkehrswegebau, insbesondere im Bereich von Verkehrswe-gen mit gebundenem Oberbau ist der rechnerische Nachweis der Wirksamkeit des Systems erforder-lich. Basierend auf umfangreichen Laborversuchen soll daher eine Dimensionierungsansatz für das dreidimensionale Stabilisierungssystem entwickelt werden und dieses abschließend an Versuchs-strecken verifiziert werden. Derzeit existiert eine solches Bemessungsverfahren nicht, wird jedoch in verschiedenen internationalen Literaturquellen (siehe Kapitel 4) für dringend erforderlich erachtet, um das System im Verkehrswegebau einsetzten zu können.
Zusammenfassend soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ein neues, innovatives Stabilisierungs-system durch die Weiterentwicklung eines dreidimensionalen Wabensystems aus Kunststoff für den Bau von Verkehrswegen sowie eine dazu passenden Dimensionierungsansatz entwickelt werden, welches die folgenden Verbesserungen im Bereich des Verkehrswegebaus bewirken wird:
- Erhöhung der Lebensdauer/Gebrauchstauglichkeit von Verkehrswegen
- Reduzierung der notwendigen Sanierungsintervalle/Unterhaltungskosten
- Substitution von qualifizierten Straßenbaumaterialien durch ressourcenschonenden Ein-satz örtlich vorhandener Materialien und Recyclingmaterialien; dadurch deutlich reduzier-te Baukosten durch verkürzte Transportwege
- Reduzierung der notwendigen Schichtdicken und damit Einsparung natürlicher Ressourcen sowie deutlicher CO2-Einsparungen infolge geringer Materialtransporte