Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Pflästerungen, Plattendecken, Abschlüssen, Dehnfugen, Tragfähigkeitsverhalten, Schwerverkehrsbelastung
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Cobblestone paving, block paving, surface course, border elements, expansion joints, bearing capacity, heavy traffic load
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Natursteinpflästerungen und Plattendecken sind alte Bauweisen und auch in der heutigen Zeit wichtige Gestaltungselemente für städtebauliche Massnahmen. Über Tragfähigkeits- und Verformungsverhalten unter den heutigen Verkehrsbelastungen, sowie über Sanierungsmöglichkeiten ist kaum geforscht worden. Beim Versuch soll das Verhalten verschiedener Pflästerungen und Plattendecken mit deren Abschlüssen unter gleichen Lastbedingungen verglichen werden. Zu diesem Zweck werden verschiedene Felder in der Zufahrt der Recyclinganlage der Fa. Hagedorn in Reichenburg gebaut und befahren. Ebenheits-, Tragfähigkeits-, Temperatur- und Druckmessungen in den verschiedenen Schichten sollen Aufschluss über die Lasteinwirkung, den Temperaturverlauf und das Tragverhalten der einzelnen Schichten und der Gesamtkonstruktionen geben. In Laborversuchen sollen die Veränderungen der Materialien untersucht werden. Die Ergebnisse werden mit bestimmten Objekten aus der Praxis und den Versuchen, die vom Verband Schweizerischer Pflästerermeister (VSP) auf der Rundlaufanlage durchgeführt wurden, verglichen. Daraus ergeben sich Informationen, welche Konstruktionen und Steingrössen für welche Schwerverkehrsbelastungen in der ungebundenen und der gebundenen Bauweise geeignet sind. Zudem werden in der gebundenen Bauweise Dehnfugen erstellt und untersucht. Anhand der Ergebnisse sollen Grundlagen für die Dimensionierung und die Normierung von Pflästerungen, Plattendecken sowie für befahrene Abschlüsse und deren Dehnfugen, für die gemäss den Normen keine Garantie gegeben wird, erarbeitet werden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Cobblestone and block paving are old construction methods that are even today important creative elements for urban construction operations. However, bearing capacity and deformation behavior under heavy traffic loading as well as rehabilitation methods are hardly considered as research topics, so far. In his project, behavior of different cobblestone and block paving structures with borders will be compared. In order to do this, different sections of an access road to a recycling plant will be constructed and trafficked. Measurements of evenness, bearing capacity, temperatures and strains in different layers are expected to provide information on the effect of loading and the properties of the different constructions. Lab test will be carried out for determining changes in the materials. The results will be compared with specific objects in practice and the tests that were performed on the former circular test track by the Swiss association of stone paving masters (Verband Schweizerischer Pflästerermeister, VSP). This will lead to information on suitability of constructions and stone sizes with respect to heavy traffic loads in bound and unbound construction. Furthermore, in case of bound construction method, expansion joints will be produced and studied. The results will allow elaborating basic knowledge for dimensioning and standardization of cobblestones, block pavings as well as trafficked boarders which are not subject to guarantee as far as today’s standards are concerned.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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Bei diesem Projekt werden 12 Versuchsfelder mit unterschiedlichen Aufbauten, verschiedenen Bettungsmaterialien und Fugenfüllungen in der Zufahrt der Recyclinganlage der Fa. Hagedorn in Reichenburg gebaut und geprüft. Diese werden durch den gewogenen Anlageschwerverkehr befahren werden. Parallel dazu wird mit der MLS 10 Überrollungsanlage der EMPA auf 5 zusätzlichen Probefeldern (3 Pflästerungen und 2 Plattendecken) das Tragverhalten mit einer beschleunigten und höheren Lasteinwirkung erforscht. Dadurch können innerhalb kurzer Zeit wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Es geht einerseits um die Zuordnung und Empfehlung der verschiedenen Bauweisen für die Verkehrslastklassen T1 bis T4 und andererseits auf die Beurteilung inwieweit die Ergebnisse der Überrollungsanlage MLS 10 extremen Bedingungen entsprechen, die in der Praxis erst nach längerer Verkehrseinwirkung auftreten können.
Es ist bekannt, dass gebundene Pflaster- und Plattendecken in den kühlen Jahreszeiten, wenn Zugspannungen im System sind, schadensanfälliger sind. Bei den ungebundenen Pflästerungen und Plattendecken sind die länger anhaltenden feuchten Zeitabschnitte und teilweise auch die Auftauperioden kritisch. Deshalb ist es wichtig, dass der Versuch über einen längeren Zeitabschnitt durchgeführt wird und die Überrollungsanlage MLS 10 in allen vier Jahreszeiten einmal gezielt eingesetzt wird.
Sollte ein Prüffeld versagen, dann wird dieses saniert, damit Sanierungsmöglichkeiten und ihre Wirkungen geprüft werden können. In einzelnen Prüffeldern, die einen gleichen Aufbau haben, werden unterschiedlich harte Fugenmörtel getestet. Die Praxis hat gezeigt, dass bei „weichen“ Fugenmörteln weniger Risse infolge Temperaturspannungen entstehen. Wenn weiche Fugenmörtel funktionieren können Unterhaltsarbeiten und Kosten für die vermehrte Erstellung von Dehnfugen reduziert werden.
Im Zusammenhang mit den Pflaster- und Plattendecken werden deren dazugehörenden, überfahrenen Abschlüsse getestet. In den gebundenen Prüffeldern wird zudem mit unterschiedlichen Dehnfugen experimentiert, denn in den Normen ist kommentiert, dass für befahrene Dehnfugen keine Garantie abgegeben werden kann, weil darüber keine Grundlagen existieren.
Mit den verschiedenen Versuchsfeldern in der Zufahrtstrasse innerhalb der Recyclinganlage und den Probefeldern für die MLS 10 Überrollungsanlage wird die Aussagekraft zwischen der Prüfanlage und der Praxis getestet. Gestalter möchten oft Steinformate, die ausserhalb der Normen liegen. Anhand der Ergebnisse mit der MLS 10 Überrollungsanlage bestünde für einen Bauherrn die Möglichkeit, ein Probefeld zu erstellen und zu prüfen, inwieweit der gewünschte Belag die geforderte Belastung aushält.
In der gebundenen Tragschicht werden Druckmessdosen eingebaut. Dadurch bekommt man Angaben über die Druckverhältnisse auf der Tragschicht infolge dynamischer Belastungen. Eine Angelegenheit, über die zurzeit niemand exakte Auskünfte erteilen kann. Zudem wird der Temperaturverlauf in einem gebundenen Aufbau gemessen, um dadurch genauere Aussagen über den Temperaturverlauf und den daraus resultierenden Spannungen zu bekommt.
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Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
(Deutsch)
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Die geplanten Versuche sind eine logische Fortsetzung der bisher durchgeführten Versuche und sollen abschliessend fundierte Grundlagen für die Normen liefern. Dadurch könnten auf wissenschaftlich fundierten Erkenntnissen die bestehenden Normen geändert und ergänzt werden. Somit könnten exakte Angaben über die zu verwendenden Materialien, Aufbauten, Dehnfugen und Abschlüsse mit deren Bettungs- und Fugenmaterialien gemacht werden. Es entstünden weniger Schäden bei den teueren und für den innerstädtischen Bereich wichtigen Gestaltungsbelägen.
Wenn bekannt ist, welche Druckfestigkeit ein Fugenmörtel benötigt, und der Versuch zeigen würde, dass „weiche“ Fugenmörtel unter bestimmten Voraussetzungen für Schwerverkehrsbelastung geeignet sind, benötigt es in der Praxis weniger Dehnfugen und zudem entstehen in der gebundenen Bauweise weniger Risse infolge Temperaturspannungen, die zu Unterhaltsarbeiten bzw. zu Schäden führen können.
Pflästerungen und Plattendecken sind für die Werterhaltung, Gestaltung und Verschönerung von Altstädten, historischen Dorfkernen, Überbauungen mit Wohnstrassen usw. unerlässlich, weil sich dadurch Passanten und Anwohner wohler fühlen. Von der ungebundenen Bauweise ist man wegen der maschinellen Reinigung teilweise abgekommen. Die gebundene Bauweise hat bis heute, speziell auch wegen den Dehnungsfugen, oft Probleme verursacht. Pflästerungen und Plattendecken kommen somit in einen unnötigen Verruf, obwohl sie heute noch sehr wichtige und gute Gestaltungsbeläge für Strassen und Plätze sind, auf denen der Verkehr langsamer rollt. Für neue Gestaltungselemente aus Natur- oder Betonsteinen könnten mit geringem Aufwand Versuche mit der Überrollungsanlage MLS 10 unter realistischen System- und Umgebungsbedingungen durchgeführt werden. Dadurch bekämen Bauherren und auch Planer eine Sicherheit für neue Gestaltungsmöglichkeiten im innerstädtischen Bereich und eine Handhabe zur Qualitätskontrolle bzw. Abnahme in kritischen Fällen.
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Methoden
(Deutsch)
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Feldversuch in situ anhand von 12 Versuchfeldern unter kontrollierte Schwerverkehrbelastung sowie 5 zusätzliche Probefeldern für die MLS 10 Überrollungsanlage der EMPA (höhere und schnellere Belastung). Vergleich zwischen den Versuchs- und Probefeldern sowie mit Objekten aus der Praxis, die seit längerer Zeit vom Büro FPN beobachtet werden. Laboruntersuchung der zur Anwendung gekommenen Materialien durchführen und vergleichen mit den Ursprungsmaterialien um Materialermüdungserscheinungen zu kontrollieren. Messen der Ebenheit, der Druckverhältnisse unter der Bettungsschicht und des Temperaturverlaufes in den einzelnen Schichten der gebundenen Bauweise.
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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MSL 10 Anlage (EMPA) für die Überrollungsversuche der jeweiligen Verkehrsklassen
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Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)
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Die vorhandenen normierten Dimensionierungsgrundlagen sind ungenügend:
Heutzutage ist es nicht genau bekannt, welche Steingrösse bzw. welche Plattengrösse und -dicke welche Schwerverkehrsbelastung aushält. Zudem wurde noch nie erforscht, welche Schlagzertrümmerungszahl des Bettungsmaterials für welche Schwerverkehrsbelastung erforderlich ist, damit keine Kornzertrüm-merungen entstehen. In der Praxis gibt es viele Schäden bei Pflästerungen und Plattenbelägen, da auf Grund der maschinellen Reinigung die Bauweisen teilweise geändert wurden (ohne Gesamtüberprüfung der möglichen Auswirkungen), und weil heute andere Verkehrslasten im Vergleich zu früher vorhanden sind. Sanierte historische Pflästerungen und Plattendecken halten teilweise den heutigen Verkehrs-belastungen nicht mehr stand.
In Zusammenarbeit mit dem Verband Schweizerischer Pflästerermeister (VSP), dem Fachberatungsbüro für Pflästerungen und Natursteinbeläge (FPN) und dem IVT wurden 1994 und 1996 zwei Versuche mit Natursteinpflästerungen auf der Rundlaufanlage in Dübendorf über zwei bzw. vier Jahre durchgeführt. Zudem wurden vom Büro FPN zwei weitere Versuche für Städte durchgeführt. Der eine Versuch war eine ungebunden Pflästerung auf einer Tiefgaragendecke mit einer Leichtdrainagebetontragschicht und der andere Versuch war ein gebundener Plattenbelag.
Das vorliegende Forschungsgesuch beinhaltet eine geeignete Fortsetzung der bereits durchgeführten privaten Versuche, indem die bereits gewonnenen Erfahrungen berücksichtigt werden können.
In Deutschland sind verschiedene Versuche auf Überrollungsanlagen mit Betonpflaster in der ungebundenen Bauweise durchgeführt worden. Die daraus resultierenden Ergebnisse stimmen mit der Praxis nicht überein, weil die Versuche in der Regel in einer Halle ohne Witterungseinflüsse durchgeführt wurden. Zudem sind die Versuche nur mit Achslasten von 8 Tonnen und einer Überrollgeschwindigkeit von 3,6 km/h durchgeführt worden. Die Anzahl der Überrollungen waren in der Regel zwischen 15´000 und 50´000. Diese geringe Achslast und Überrollungszahlen entsprechen nicht einmal der Verkehrsklasse T1. Zudem hat die deutsche Forschungsgesellschaft (FGSV) im Jahre 2004 in Bottrop ein Ziegelpflaster nach den deutschen Normen und Richtlinien erstellt. Alle Materialien und Arbeitsabläufe wurden Güteüberwacht und kontrolliert. Nach 5 Jahren und einer Belastung von ca. 0,1 Mio. äquivalenten 10 Tonnen Achsbelastungen sind die ersten Schäden infolge Kornzertrümmerung und ungenügender Wasserdurchlässigkeit vorhanden. Diese Belastung
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Projektziele
(Deutsch)
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Natursteinpflästerungen und Plattendecken sind alte Bauweisen, welche vermehrt in der heutigen Zeit als wichtige Gestaltungselemente für städtebauliche Massnahmen angewendet werden. Über Tragfähigkeits- und Verformungsverhalten unter den heutigen Verkehrsbelastungen, z.B. Innenstadtbereich mit Busbetrieb und LKW-Anlieferungsverkehr, sowie über Sanierungsmöglichkeiten ist bis anhin kaum geforscht worden. Bei heutigen ungebundenen Einbauten entstehen unter Schwerverkehrsbelastung immer wider Kornzertrümmerungen, welche in Folge zu Schadenbildung durch Wasserundurchlässigkeit unter der Pflaster- bzw. Plattendecke führen. Bei der gebundenen Bauweise sind in der Regel die Dehnfugen, welche zu Schäden bzw. zu Unterhaltsarbeiten führen.
Diese Gesamtproblematik von Natursteinpflästerungen und Plattendecken, welche schon vor Jahren im Rahmen eines Rundlauf-Versuches untersucht werden sollte, wird nach Abbruch der Rundlaufanlage anhand einer geeigneten in situ Versuchsreihe unter LKW-Belastung und unter MLS 10 Belastung (verschiebbare Überrollungsanlage der EMPA) erforscht. Dabei sollen folgende Ziele erreicht werden:
Ø Vergleich des Verhaltens in den vier Jahreszeiten von verschiedenen Pflästerungen und Plattendecken (Aufbauten, Materialien, Steingrössen und –dicken) mit deren Abschlüssen unter gleichen Lastbedingungen
Ø Untersuchung des Oberbauverhaltens unter Schwerverkehrsbelastung in Bezug auf Tragfähigkeit, Verformungswiderstand und Schadenbildung, sowie Vergleich mit Objekten aus der Praxis
Ø Erforschung der Dauerhaftigkeit von unterschiedlichen Dehnfugen und Abschlüssen
Ø Zuordnung und Empfehlung der verschiedenen Bauweisen für die Verkehrslastklassen T1 bis T4
Ø Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die erforderliche Normrevision ermöglichen.
Mit dieser Praxis orientierten Forschung könnten Schäden an den relativ teuren Gestaltungsbelägen in überbauten Gebieten verhindert werden. Städtebauer und Hochschulen mit ihren Studenten bekämen exaktere Grundlagen für Planung und Realisierung. Dadurch wird bei historischen und auch neuzeitlichen Gestaltungsbelägen unter Berücksichtigung der heutigen Belastungen und maschinellen Reinigungsarten eine wirtschaftliche Langzeiterhaltung erreicht.
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Projektziele
(Englisch)
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Cobblestone and block paving are old construction methods that are even today important creative elements for urban construction operations. However, bearing capacity and deformation behavior under heavy traffic loading as well as rehabilitation methods are hardly considered as research topics, so far. In his project, behavior of different cobblestone and block paving structures with borders will be compared. Practical experience shows that present traffic loads and cleaning methods may partly cause problems with cobblestone paving and block paving surface course.
Hence, this project intends to provide information on resistance to heavy traffic of different structures. In situ test-fields will be paved with unbound and bound areas of cobblestones and block paving surface courses including border elements and expansion joints. All heavy trucks will be weighted and the exact loading condition determined. In addition, special test sections will be trafficked with the accelerated traffic load simulator MLS10 (EMPA). The goals of these research works are:
Ø Investigation during the four seasons of the behavior under heavy traffic of different structures of cobblestones and block paving (materials, stone sizes and pavement thicknesses) with the corresponding dilatation joints and boarder elements
Ø Comparison of the behavior of the different test sections in the field of bearing capacity, deformations, and damages. Correlation between the results on test sections and real objects in practice
Ø Study of the long term behavior of different kinds of dilatation joints and boarder elements
Ø What kind of structures are required in order to resist of traffic loads between T1 and T4
Ø The results and conclusions of the research works will be a basis for the actualization of the corresponding Swiss standards. This practice oriented project will allow preventing damage of comparatively expensive creative pavements in built environment. In this way, town planers and universities will obtain more accurate basic tools for planning of objects in built environment. This will create positive long-term maintenance effects with both historical and modern creative pavements that will be optimized for modern traffic loads and cleaning methods.
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Forschungsplan
(Deutsch)
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Der Arbeitsplan enthält folgende Hauptelemente:
1. Erstellen von 12 Versuchsfeldern mit unterschiedlichen Aufbauten, verschiedenen Bettungsmaterialien und Fugenfüllungen in der Zufahrt der Recyclinganlage der Fa. Hagedorn in Reichenburg (Belastung durch Anlageverkehr).
2. Parallel dazu werden 5 zusätzliche Probefelder (3 Pflästerungen und 2 Plattendecken) analog der Versuchsflächen erstellt, die mit der MLS 10 Überrollungsanlage regelmässig in allen vier Jahreszeiten einmal getestet werden.
3. Einige Versuchfelder werden für eine laufende Parameterüberwachung instrumentiert: In zwei Versuchsfeldern werden Druckmessdosen in der gebundenen Drainbetontragschicht eingebaut und die dynamischen Druckverhältnisse aufgezeichnet. In einem Versuchsfeld mit gebundener Bauweise werden Temperaturfühler eingebaut und die Temperaturen aufgezeichnet. Dadurch bekommt man Ergebnisse über den Temperaturverlauf und kann die daraus resultierenden Spannungen in den unterschiedlichen Schichten berechnen.
4. Die Versuchsfelder werden periodisch begutachtet und fotografisch dokumentiert und die Ergebnisse mit den Ebenheitsmessungen verglichen.
Arbeitsplan und Meilensteien
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Anzahl Monate nach Projektanfang : |
1 6 12 |
13 18 24 |
36 |
37 42 48 |
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1. Meilenstein:
Planung und Bau der Versuchsfelder mit Erstmessungen |
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2. Meilenstein: Über-rollversuche T1 + T2 |
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3. Meilenstein: Über-rollversuche T3 + T4 |
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4. Meilenstein:
Versuchsfelder mes-sen und fotografisch dokumentieren.
Laboruntersuchungen
Auswertung |
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5. Meilenstein: Bericht |
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Daraus ergeben sich folgende Meilensteine:
1. Meilenstein : Planung und Bau der Versuchsfelder und Erstmessungen (Projektanfang + 3 Monate)
2. Meilenstein: Überrollversuche T1 + T2 abgeschlossen (Projektanfang + 11 Monate)
3. Meilenstein: Überrollversuche T3 + T4 abgeschlossen (Projektanfang + 18 Monate)
4. Meilenstein: Schlussmessungen an sämtlichen Prüffeldern, fotografische Dokumente zusammenstellen, Laboruntersuchungen, Auswertung sämtlicher Resultate und
Feststellungen. Vergleich der Probefeldern mit den Versuchsfeldern, den Messdaten und den Laboruntersuchungen sowie mit den Objekten in der Praxis, bzw. den Versuchen des VSP um Zusammenhänge erkennen zu können, damit genauere Angaben zu den Ausführungsmaterialien gemacht werden können (Projektanfang + 45 Monate).
5. Meilenstein: Bericht und Projektabschluss (Projektanfang + 48 Monate)
Anordnung der Versuchsfelder:
siehe Tabelle.pdf (unten)
Zugehörige Dokumente
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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In den Normen 640 480 Pflästerungen, 640 481 Abschlüsse und 640 482 Plattendecken sollen nach den Versuchen exakte Angaben über die verschiedenen Aufbauten mit unterschiedlichen Materialien, Steingrössen und Bearbeitungsarten der Seitenflächen und Unterseiten, sowie den dazugehörenden Dehnfugen gemacht werden können, damit in Zukunft Schäden vermieden werden. Planer und Bauherren die neue Gestaltungsbeläge möchten können mit der MLS 10 Überrollungsanlage Tests durchführen und bekommen innerhalb kurzer Zeit eine Antwort und eine grosse Sicherheit was machbar ist. Das Ziel von Planern ist auch Neues zu gestalten, dies ist jedoch nur möglich, wenn eine gewisse Sicherheit gewährleistet ist, dass das Neue auch längerfristig funktioniert
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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1477
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Berichtsnummer
(Englisch)
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1477
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Literatur
(Deutsch)
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Über Pflästerungen und Plattendecken gibt es nur wenig Fachliteratur. In Deutschland existieren ein paar Bücher mit technischen Angaben, die auf der Forschung in Deutschland resultieren und die dortigen Normen, Merkblätter und Richtlinien berücksichtigen, die aber in der Praxis unter Schwerverkehrsbelastung in der Regel zu Schäden führen. Ansonsten gibt es mehr Bücher über die Gestaltung, jedoch nicht über den Aufbau von Pflästerungen und Plattendecken.
FGSV, Anforderungen an das Bettungs- und Fugenmaterial für Pflasterdecken bei statischer und dynamischer Belastung. Serie 934
FGSV, Weiterführende Untersuchungen zum Verhalten von Pflasterdecken unter horizontaler Belastung. Serie 894 FGSV, Untersuchungen über die Verteilung von auftretenden Schub- und Torsionskräften in Pflasterbelägen.
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