Aufbau gemäà RStO oder durch freie Bemessung?
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Aufbau gemäà RStO oder durch freie Bemessung?
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Privat finanzierter Straßenbau – Chancen und Risiken 6. Dez. 05<br />
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
<strong>Aufbau</strong> gemäß <strong>RStO</strong><br />
<strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Dr.-Ing. Ulf Zander<br />
bast
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
12.000<br />
BAB-Länge [km]<br />
11.000<br />
10.000<br />
9.000<br />
8.000<br />
7.000<br />
6.000<br />
5.000<br />
4.000<br />
3.000<br />
2.000<br />
1.000<br />
0<br />
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000<br />
Jahr [-]<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Straßennetz 2003<br />
Bundesfernstraßen<br />
Bundesautobahnen<br />
Bundesstraßen<br />
übrige überörtliche Straßen<br />
Landesstraßen<br />
Kreisstraßen<br />
Gesamt<br />
Länge<br />
km<br />
53.283<br />
12.037<br />
41.246<br />
178.298<br />
86.868<br />
91.430<br />
231.581<br />
Anteil<br />
%<br />
23<br />
5<br />
18<br />
77<br />
38<br />
39<br />
100<br />
Anlagewert: ~ 478 Mrd. €<br />
26%<br />
48%<br />
26%<br />
Bundesautobahnen<br />
Bundesstraßen<br />
Landes- bzw.<br />
Kreisstraßen<br />
Quelle: Prognos-Gutachten zur Maut (2003)
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
12.000<br />
BAB-Länge [km]<br />
11.000<br />
10.000<br />
9.000<br />
8.000<br />
7.000<br />
6.000<br />
5.000<br />
4.000<br />
3.000<br />
2.000<br />
1.000<br />
82 %<br />
M<strong>oder</strong>nitätsgrad<br />
68 %<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000<br />
Jahr [-]<br />
0
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
„Der Nutzungszeitraum<br />
ist in der Regel<br />
mit 20 Jahren<br />
anzunehmen.“
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
12.000<br />
11.000<br />
10.000<br />
9.000<br />
8.000<br />
7.000<br />
84%<br />
6.000<br />
5.000<br />
4.000<br />
3.000<br />
2.000<br />
1.000<br />
0<br />
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
„Der Nutzungszeitraum<br />
ist in der Regel<br />
mit 20 Jahren<br />
anzunehmen.“
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Bauweisen in<br />
. . . Asphalt<br />
. . . Beton
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
<strong>RStO</strong>: „suche Bauweise<br />
aus Katalog“<br />
ZTV Asphalt:<br />
„suche Zusammensetzung<br />
der Schicht aus Sieblinie<br />
und Tabelle“<br />
TL Asphalt:<br />
„wähle zugelassene Baustoffe<br />
aus Liste“
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Empirie<br />
1 Mio. Lastwechsel<br />
besseres Material<br />
5 Mio. Lastwechsel<br />
mehr Material<br />
20 Mio. Lastwechsel<br />
Standard
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Innovationen<br />
entwickeln...
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Patentanmeldungen in Deutschland<br />
Rang 2003 Branche<br />
1 4.953 Fahrzeuge allgemein<br />
2 3.784 Maschinenelemente <strong>oder</strong> -einheiten<br />
3 3.568 Grundlegende elektrische Bauteile<br />
4 3.500 Messen, Prüfen<br />
5 2.594 Medizin <strong>oder</strong> Tiermedizin; Hygiene<br />
6 2.166 Elektrische Nachrichtentechnik<br />
7 1.853 Brennkraftmaschinen<br />
8 1.696 Datenverarbeitung; Rechnen; Zählen<br />
9 1.674 Fördern, Packen, Lagern; Handhaben von Stoffen<br />
10 1.479 Erzeugung, Umwandlung <strong>oder</strong> Verteilung elektr. Energie<br />
11 1.184 Organische Chemie<br />
12 1.114 Gleislose Landfahrzeuge<br />
13 1.072 Werkzeumaschinen, Metallbearbeitung<br />
Quelle: Jahresbericht des Deutschen Patent- und Markenamts 2003
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Patentanmeldungen in Deutschland<br />
Rang 2003 Branche<br />
1 4.953 Fahrzeuge allgemein<br />
2 3.784 Maschinenelemente <strong>oder</strong> -einheiten<br />
3 3.568 Grundlegende elektrische Bauteile<br />
4 3.500 Messen, Prüfen<br />
5 2.594 Medizin <strong>oder</strong> Tiermedizin; Hygiene<br />
6 2.166 Elektrische Nachrichtentechnik<br />
7 1.853 Brennkraftmaschinen<br />
8 1.696 Datenverarbeitung; Rechnen; Zählen<br />
Platzierung der Bauindustrie<br />
9 1.674 Fördern, Packen, Lagern; Handhaben von Stoffen<br />
10 1998 1.479 Erzeugung, 1999 2000 Umwandlung 2001 2002 <strong>oder</strong> Verteilung 2003 Branche<br />
elektr. Energie<br />
11 1.191 1.184 1.192 Organische 13 Landfahrzeuge<br />
13 15 19<br />
13 1.072 Werkzeumaschinen, Metallbearbeitung<br />
Quelle: Jahresbericht des Deutschen Patent- und Markenamts 2003
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Innovationen<br />
entwickeln...<br />
flächendeckende<br />
Asphaltverdichtung<br />
Kompaktasphalt<br />
<strong>durch</strong>gehend<br />
bewehrte Betondecke
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Innovationen<br />
entwickeln...<br />
...Innovationen<br />
einsetzen
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Empirie<br />
besseres Material<br />
Analytik<br />
1 Mio. Lastwechsel<br />
E<br />
5 Mio. Lastwechsel<br />
E F P<br />
I B<br />
z<br />
E<br />
R<br />
F<br />
B<br />
P<br />
z<br />
2<br />
E R E<br />
cos m<br />
sin<br />
2<br />
I<br />
2<br />
mehr Material<br />
20 Mio. Lastwechsel<br />
LW<br />
Standard<br />
Anforderung Standard
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
der konventionelle Bauvertrag:<br />
Planung<br />
& Entwurf<br />
Vergabe<br />
Bauphase<br />
Verjährung<br />
Restnutzungsdauer<br />
Bauwerksabnahme<br />
Gewährleistung<br />
Nutzungsausfall<br />
Knowhow<br />
<strong>Bemessung</strong>:<br />
beim AG<br />
Knowhow Bau:<br />
beim AN<br />
Knowhow Langzeitverhalten:<br />
z.T. beim AG
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
der konventionelle Bauvertrag:<br />
Planung<br />
& Entwurf<br />
<strong>Bemessung</strong>:<br />
<strong>durch</strong> AG<br />
Vergabe<br />
Bauphase<br />
Knowhow Bau:<br />
beim AN<br />
Verjährung<br />
Knowhow Langzeitverhalten:<br />
z.T. beim AG<br />
Restnutzungsdauer<br />
Bauwerksabnahme<br />
Gewährleistung<br />
Nutzungsausfall<br />
der Funktionsbauvertrag:<br />
Planung<br />
& Entwurf<br />
Vergabe<br />
Bauphase<br />
Erhaltungsphase<br />
Nutzungsausfall<br />
Restnutzungsdauer<br />
Bauwerksübergabe<br />
Bauwerksabnahme<br />
<strong>Bemessung</strong>?<br />
Vergabe:<br />
<strong>durch</strong> AG<br />
Knowhow Bau und Langzeitverhalten:<br />
beim AN
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Asphaltdeckschicht<br />
4<br />
neue Schichtdicke<br />
neues Material<br />
Asphaltbinderschicht<br />
8<br />
neue Schichtdicke<br />
neues Material<br />
Asphalttragschicht<br />
22<br />
neue Gesamtdicke<br />
neue Schichtdicke<br />
neues Material<br />
120<br />
34<br />
Frostschutzschicht<br />
neue Schichtdicke<br />
neues Material<br />
45<br />
grundsätzliche Fragestellungen:<br />
Wie dick muss eine Straße für einen bestimmten Verkehr sein,<br />
um diesen 30 Jahre lang schadfrei zu ertragen
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Asphaltdeckschicht<br />
4<br />
neue Schichtdicke<br />
neues Material<br />
Asphaltbinderschicht<br />
8<br />
neue Schichtdicke<br />
neues Material<br />
Asphalttragschicht<br />
22<br />
neue Gesamtdicke<br />
neue Schichtdicke<br />
neues Material<br />
120<br />
34<br />
Frostschutzschicht<br />
neue Schichtdicke<br />
neues Material<br />
45<br />
grundsätzliche Fragestellungen:<br />
Wie verhalten sich neue Materialien über Jahrzehnte hinweg<br />
unter Verkehr und Umwelteinflüssen
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Planung<br />
& Entwurf<br />
Vergabe<br />
Bauphase<br />
Erhaltungsphase<br />
Nutzungsausfall<br />
Restnutzungsdauer<br />
Bauwerksübergabe<br />
Bauwerksabnahme<br />
Gleichwertigkeitsnachweis<br />
Restsubstanzbestimmung<br />
Asphalt:<br />
TU Dresden<br />
TU BS<br />
BASt<br />
Beton:<br />
AWDSTAKO<br />
Asphalt: Beton:<br />
Oberflächenbild<br />
FWD (Jendia) FWD<br />
Ermüdung
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Bewertung von<br />
Nebenangeboten<br />
Gleichwertigkeitsnachweis<br />
Restsubstanzbestimmung<br />
<strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong><br />
innovative Baustoffe<br />
innovative Bauweisen
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
<strong>Bemessung</strong>:<br />
klimatische<br />
Bedingungen<br />
Verkehrslastkollektiv<br />
Materialkennwerte,<br />
Schichtdicken<br />
zulN<br />
2,633(lg<br />
10<br />
(<br />
10<br />
E<br />
5<br />
)<br />
1)<br />
Berechnungsverfahren<br />
Beanspruchungen<br />
Nachweis<br />
Ermüdung Asphalt<br />
Nachweis:<br />
zul N > vorh N<br />
erfüllt?<br />
ja<br />
erfüllt?<br />
nein<br />
Nachweis<br />
bleibende Verformung ToB<br />
nein<br />
ja<br />
Nachweis<br />
bleibende Verformung des Bodens<br />
erfüllt?<br />
nein<br />
ja<br />
Vorgehensweise nach Prof. Wellner<br />
ausreichend dimensionierte<br />
Befestigung
Tiefe in [mm]<br />
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
klimatische<br />
Bedingungen<br />
Temperaturgradienten im Straßenaufbau<br />
0<br />
20<br />
40<br />
60<br />
80<br />
100<br />
120<br />
140<br />
160<br />
180<br />
200<br />
220<br />
240<br />
260<br />
280<br />
300<br />
320<br />
340<br />
-10,00 -5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00<br />
Temperatur in [°C]<br />
Lufttemperatur<br />
- 7,5 °C - 2,5 °C 2,5 °C 7,5 °C 12,5 °C 17,5 °C<br />
22,5 °C 27,5 °C 32,5 °C 37,5 °C 42,5 °C 47,5 °C
Tiefe in [mm]<br />
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
klimatische<br />
Bedingungen<br />
Temperaturgradienten im Straßenaufbau<br />
0<br />
20<br />
40<br />
60<br />
80<br />
100<br />
120<br />
140<br />
160<br />
180<br />
200<br />
220<br />
240<br />
260<br />
280<br />
300<br />
320<br />
340<br />
-10,00 -5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00<br />
Elastizitätsmodulverlauf [MPa]<br />
Lufttemperatur<br />
- 7,5 °C - 2,5 °C 2,5 °C 7,5 °C 12,5 °C 17,5 °C<br />
22,5 °C 27,5 °C 32,5 °C 37,5 °C 42,5 °C 47,5 °C
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Verkehrslastkollektiv
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Verkehrslastkollektiv<br />
18 t 18 t 26 t 36 t<br />
40 t 40 t 40 t
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Verkehrslastkollektiv<br />
45,0<br />
40,0<br />
35,0<br />
30,0<br />
25,0<br />
20,0<br />
15,0<br />
10,0<br />
5,0<br />
0,0<br />
Autobahn<br />
Bundesstraße<br />
Landesstraße<br />
0 - 2 t 2 - 4 t 4 - 6 t 6 - 8 t 8 - 10 t 10 - 12 t 12 - 14 t 14 - 16 t<br />
18 t 18 t 26 t 36 t<br />
40 t 40 t 40 t
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Verkehrslastkollektiv<br />
45,0<br />
40,0<br />
35,0<br />
30,0<br />
25,0<br />
20,0<br />
15,0<br />
10,0<br />
5,0<br />
0,0<br />
Autobahn<br />
Bundesstraße<br />
Landesstraße<br />
0 - 2 t 2 - 4 t 4 - 6 t 6 - 8 t 8 - 10 t 10 - 12 t 12 - 14 t 14 - 16 t<br />
18 t 18 t 26 t 36 t<br />
Welches Fahrzeug verursacht welchen Schaden?
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Fahrzeugart<br />
Geschwindigkeit<br />
Beladungsgrad<br />
Bereifung<br />
Reifenfülldruck<br />
~0 - 30 km/h<br />
40 - 130 %<br />
zulässiges<br />
Gesamtgewicht
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
<strong>Aufbau</strong> der Modellstraße - Grundriss<br />
Lichtschranken + Abstandssensoren<br />
38 m<br />
2,05 m<br />
2,05 m<br />
7,5 m<br />
definierte<br />
Rollspuren mit<br />
Messinstrumenten<br />
Belastungsfelder<br />
für<br />
Impulsgeberbelastung<br />
8 Teilfelder mit<br />
<strong>Aufbau</strong>ten<br />
gemäß <strong>RStO</strong> 01
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Verkehr und Schädigung des Straßenaufbaus<br />
x<br />
Thermoelemente<br />
Asphalt<br />
z<br />
Dehnungsmesselemente<br />
x, y<br />
gebundene Schichten<br />
Druckmessdosen x, z<br />
ungebundene Schichten
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Dehnungen x-Richtung<br />
0,00005<br />
0,00004<br />
0,00003<br />
0,00002<br />
0,00001<br />
0<br />
-0,00001<br />
-0,00002<br />
Abstand y<br />
Abstand x
Dehnung[-]<br />
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
4,00E-05<br />
3,50E-05<br />
BISAR Eyy<br />
DMS 52 1.ÜF<br />
DMS 52 2.ÜF<br />
DMS 52 3.ÜF<br />
3,00E-05<br />
2,50E-05<br />
2,00E-05<br />
1,50E-05<br />
1,00E-05<br />
5,00E-06<br />
0,00E+00<br />
-5,00E-06<br />
-1,00E-05<br />
-5.000 0 5.000 10.000 15.000 20.000<br />
Abstand zur Lastachse [mm]
Dehnung [µm/m]<br />
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
F3 L23 A3 FM - DMS 74 R1 x AT - Referenztemperatur 10 °C<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
Bauklasse SV<br />
40<br />
4,5 to<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
3,9 to<br />
2,6 to<br />
1,0 to<br />
0 5 10 15 20 25 30 35<br />
Geschwindigkeit [km/h]
Dehnung [µm/m]<br />
Dehnung [µm/m]<br />
- 33 %<br />
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
F3 L23 A3 FM - DMS 74 R1 x AT - Referenztemperatur 10 °C<br />
100<br />
F7 L23 A3 FM - DMS 16 R1 x AT - Referenztemperatur 10 °C<br />
90<br />
80<br />
70<br />
Bauklasse III<br />
60<br />
50<br />
Bauklasse SV<br />
40<br />
4,5 to<br />
30<br />
20<br />
10<br />
1,0 to<br />
0<br />
0 5 10 15 20 25 30 35<br />
Geschwindigkeit [km/h]
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
<strong>Bemessung</strong>skriterien<br />
Materialkennwerte,<br />
Schichtdicken<br />
D<br />
Bz<br />
Asphaltpaket<br />
Bz<br />
v<br />
Tragschicht<br />
ohne<br />
Bindemittel<br />
D<br />
v<br />
Frostschutzschicht<br />
v<br />
Untergrund
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Dauerbelastung <strong>durch</strong> hydraulische<br />
Impulsgeber
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
konventioneller<br />
Straßenbau<br />
• langjährige Bewährung<br />
• großer Erfahrungshintergrund<br />
• Definition der<br />
Bauweisen<br />
• Definition der<br />
Materialien
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
konventioneller<br />
Straßenbau<br />
• langjährige Bewährung<br />
• großer Erfahrungshintergrund<br />
• Definition der<br />
Bauweisen<br />
• Definition der<br />
Materialien
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
• großer Erfahrungshintergrund<br />
Funktionsbauverträge<br />
• langjährige Bewährung<br />
• Definition der<br />
Bauweisen<br />
• Definition der<br />
Materialien
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
„Modul für<br />
<strong>freie</strong>n Entwurf“<br />
• großer Erfahrungshintergrund<br />
Funktionsbauverträge<br />
• langjährige Bewährung<br />
• Definition der<br />
Bauweisen<br />
• Definition der<br />
Materialien
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
„Modul für<br />
<strong>freie</strong>n Entwurf“<br />
Funktionsbauverträge<br />
• Fortschritt im<br />
Straßenbau<br />
• Verringerung von<br />
Baustellenzeiten<br />
• Schonung von<br />
Ressourcen<br />
• Steigerung der<br />
Nutzungsdauer
Privat finanzierter Straßenbau – Chancen und Risiken 6. Dez. 05<br />
<strong>RStO</strong> <strong>oder</strong> <strong>freie</strong> <strong>Bemessung</strong>?<br />
Danke für Ihre<br />
Aufmerksamkeit<br />
!<br />
Dr.-Ing. Ulf Zander<br />
bast