Schlüsselwörter
(Deutsch)
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SN 640 430, Wasserdurchlässigkeit, poröser Asphalt, Drainometer
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Hydraulic conductivity, porous asphalt, drainometer
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Der im November 2008 abgeschlossene Forschungsbericht VSS 2006/504 zeigt, dass die untersuchten PA 8 Beläge eine deutlich tiefere Wasserdurchlässigkeit besitzen als die PA 11 Beläge. Es ergibt sich daraus das Anliegen, eine möglichst differenzierte Anforderungsskala auf Grund der PA Sorte auszuarbeiten. Die Werte für PA 8 und PA 11 sollten in die Normung [1] fliessen. Werte für PA 4 und PA 16 würden als Richtwerte für die wenigen Anwendungen, die hier und da mal entstehen dienen.
Ähnlich wie bei dem Projekt VSS 2006/504, werden neu eingebaute PA Beläge ausgewählt und sowohl mit dem „Yverdon“ Drainometer als auch mit dem europäischen Drainometer gemessen. Im Unterschied zu dem genannten Projekt, steht hier der Schwerpunkt nicht in der Korrelation zwischen den beiden Apparate sondern in der ausgeglichenen Vielfalt der PA Sorten in situ. Es wird besonders darauf geachtet, möglichst viel PA 8 Beläge zu untersuchen.
Zudem werden im Labor, Platten mit dem Walz-Segment-Verdichter hergestellt (PA 4, PA 8, PA 11, PA 16). An diesen Laborplatten werden unterschiedliche Verdichtungsgrade erzeugt und Zusammenhänge zwischen dem Grösstkorn, dem gesamten Hohlraumgehalt, dem Anteil kommunizierender Hohlräume sowie der Durchlässigkeit untersucht.
Der Vorteil der Walz-Segmentverdichtung (die in der Schweiz einzig bei IMP verwendet wird) liegt darin, dass die Oberflächentextur derjenigen einer mit Glattmantelwalzen verdichteten Belagsoberfläche entspricht. Bei der im Labor üblicherweise verwendeten Gummiradverdichtung wird die Oberfläche sehr stark geschlossen, so dass eine andere Textur entsteht als dies in der Baustellenpraxis der Fall ist. Aus diesem Grund hat sich IMP mit einer Walzsegment-Verdichtung ausgerüstet.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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In a previous report VSS 2006/504 from November 2008 it has been stated that the drainability of PA 8 is far below that of PA 11. As a consequence it seems to be necessary to define a requirement scale according to the type of PA. Minimal values for PA 8 and PA 11 should be standardised [1] as requirements while minimal values for the rather seldom PA 4 and PA 16 should serve for guidance.
Similarly to what has been done during the project VSS 2006/504, it is intended to measure the drainability of newly applied PA pavements with both European and “Yverdon” apparatuses. The project’s main area of focus no longer lies in establishing a correlation between the two apparatuses but rather in the finding all over the country of a representative choice of PA types in situ.
Furthermore the project aims at observing the relationships between the largest grain size, the porosity, the communicating internal porosity and the drainability. To do so, it is envisaged to prepare laboratory specimens of PA 4, PA 8, PA 11 and PA 16 by roller compactor and to vary purposefully their degree of compaction. The advantage of the steel roller compactor over the tyre roller compactor is that the surface texture of the specimen is very much like the texture of a surface course that has been compacted with a smooth roller. The tyre roller compaction usually employed in laboratories yields a very dense surface that is in no way alike the texture on field. As a consequence of this IMP provided its asphalt concrete laboratory with a steel roller compactor. So far IMP is the only company in Switzerland that owns a steel roller compactor.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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Ausgangslage
Die PA 8 Beläge besitzen eine deutlich geringere Wasserdurchlässigkeit als die PA 11 Beläge [2]. Diese Beobachtung hat die Kommission EK 5.01 dazu bewogen, die Anforderungen für PA Deckschichten auf das Durchlässigkeitsvermögen der PA 8 zu reduzieren; der bisherige Sollwert (Mittelwert) von 15 l/min wurde auf 10 l/min geändert. Somit konnte das Risiko beseitigt werden, dass die Deckschichten aus PA 8 die Abnahmewerte in der Regel nicht erfüllen würden. Diese reduzierte Anforderung mag für die PA 8, die wegen ihren guten Lärmeigenschaften eingebaut werden, genügen. An den Stellen jedoch, wo der PA-Belag auf Grund seiner drainierenden Eigenschaften eingesetzt wird, steht der PA 11 im Vordergrund. Es ist nun die unglückliche Situation entstanden, dass gerade an den Stellen, wo eine hohe Wasserdurchlässigkeit erforderlich ist, die Anforderungen an die Wasserdurchlässigkeit reduziert wurden.
Stand des Wissens
Bei Unfallschwerpunkte mit knappem Fallliniengefälle ist der Einbau eines offenporigen Belages nach wie vor eine bewährte Massnahme. Der Einbau der drainierenden Deckschicht erhöht die Verkehrssicherheit indem das Wasser aus der Kontaktfläche Reifen/Belag abgeführt wird. Griffigkeitsdefizite treten dann auf, wenn das Wasser aus der Kontaktfläche zwischen dem Reifen und der Fahrbahn nicht entfernt werden kann. Bei ungünstigen Verhältnissen (zu geringe Texturtiefe des Belages, knappes Gefälle, langer Wasserabfluss, starker Regen etc) und hohen Geschwindigkeiten kann der Reifen den Wasserfilm nicht mehr durchbrechen. Anstelle eines trockenen Kontaktes Reifen-Oberfläche schwimmt der Reifen auf dem Wasserfilm und es entsteht Aquaplaning. Die Kraftübertragung Reifen – Oberfläche ist nicht mehr möglich; die Fahrzeuge können nicht mehr gelenkt werden.
Eine ausreichende Drainage, so wie sie mit der hohlraumreichen Struktur des offenporigen Asphalts gewährleistet wird, verhindert das Auftreten des Aquaplanings. Es ist daher von grosser Wichtigkeit, dass hohe Werte der Wasserdurchlässigkeit erreicht werden. Um dies durchzusetzen sind entsprechende Anforderungswerte erforderlich.
Vorgehen
Teil 1: In situ-Messungen
Es ist vorgesehen Messungen auf neuen PA-Deckschichten durchzuführen, um den bisherigen Erfahrungshintergrund zu erweitern. Wir gehen davon aus, dass uns die im Rahmen der Qualitätskontrollen durchgeführten Prüfungen (Mischgutuntersuchungen, Schichtdicke, Verdichtungsgrad, Hohlraumgehalt) von den Bauleitung zur Verfügung gestellt werden.
Teil 2: Labor-Untersuchungen
Mit einem Walzsegmentverdichter werden im Labor Platten mit unterschiedlichem Verdichtungsgrad und Schichtdicke erstellt, an denen die Wasserdurchlässigkeit gemessen wird. Zudem werden Bohrkerne aus diesen Platten entnommen und bezüglich Hohlraumgehalt, Verdichtungsgrad sowie Anteil an kommunizierenden Hohlräumen untersucht. Es werden vor allem die Mischgutsorten PA 8 und PA11 untersucht; an den weniger gebräuchlichen Mischgutsorten PA 4 und PA16 wird ein reduziertes Untersuchungsprogramm durchgeführt.
Aus den Messungen der eingebauten Deckschichten sowie den Laboruntersuchungen werden Vorschläge für neue Anforderungen an die Wasserdurchlässigkeit formuliert. Diese Vorschläge sollen anschliessend in den entsprechenden VSS-Kommissionen diskutiert werden, um die SN 640 430 anzupassen.
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Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
(Deutsch)
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Bei der Anwendung offenporiger Asphalte zur Ableitung des Oberflächenwassers ist das Drainagevermögen der Deckschicht von entscheidender Bedeutung. Die heutige Norm enthält Anforderungen, welche sich an die zur Lärmminderung geeignete Sorte PA 8 orientieren. Bei der Ableitung des Oberflächenwassers (Verkehrssicherheit) werden eher die dicker eingebauten PA 11–Deckschichten verwendet, für welche die Anforderungen nicht relevant sind. Das Projekt soll die Grundlage für Anforderungen an die Wasserdurchlässigkeit von PA11-Deckschichten liefern.
Nutzniesser sind sowohl Bauherren als auch Autofahrer. Eine angepasste Anforderung an die Wasserdurchlässigkeit stellt einen Beitrag zu Erhöhung der Verkehrssicherheit an neuralgischen Punkten (Unfallschwerpunkte, ungenügenden Wasserabfluss an der Oberfläche) des Strassennetzes dar.
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Methoden
(Deutsch)
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Teil 1: In situ-Messungen
Auf neuen PA 8 und PA 11 Deckschichten – je nach Möglichkeit auch auf PA 4 und PA16 – wird die Wasserdurchlässigkeit sowohl mit dem „Yverdon“-Drainometer gemäss SN 640 430b als auch mit dem europäischen Drainometer gemäss EN 12697-40 gemessen. Die doppelte Messung ist einerseits dadurch begründet, dass mittelfristig das europäische Gerät das „Yverdon“-Gerät vermutlich ersetzen wird. Andererseits ist die Anwendung des europäischen Gerätes im Labor (Teil 2) – aufgrund der kleineren Geometrie – wesentlich einfacher. Der Zeitraum der in-situ-Messungen hängt von der auf National- und Kantonsstrassen ausgeführten Objekten ab und es kann nicht im Voraus definiert werden, ob genügend Ergebnisse schon nach einer Bausaison zur Verfügung stehen werden. Allenfalls sind weitere Messungen im 2. Jahr durchzuführen. Es werden 15 Messungen auf Deckschichten durchgeführt. Wir gehen davon aus, dass uns die im Rahmen der Qualitätskontrollen durchgeführten Prüfungen (Mischgutuntersuchungen, Schichtdicke, Verdichtungsgrad, Hohlraumgehalt) von den Bauleitung zur Verfügung gestellt werden.
Teil 2: Labor-Untersuchungen
Es ist vorgesehen, in einer Aufbereitungsanlage Mischgut von offenporigem Asphalt mit einem Grösstkorn von 4, 8, 11 und 16 mm herzustellen. Diese 4 Mischgutsorten werden zur Charakterisierung untersucht (Zusammensetzung, Marshall-Hohlraumgehalt, Bindemitteleigenschaften). Das Mischgut wird anschliessend mit einem Walzsegment-Verdichter (EN 12697-33) unter kontrollierten Bedingungen zu Platten verdichtet. Dieses Verdichtungsverfahren hat den Vorteil, dass die Oberflächenstruktur der Platten denjenigen eines auf der Baustelle verdichteten Belages ähnlich ist. Bei den PA8 und PA 11 werden 3 unterschiedliche Verdichtungsgrade (Zielwerte von 97%, 99% und 101%) die Empfindlichkeit der Wasserdurchlässigkeit gegenüber der Verdichtung aufzeigen (= 6 Platten). Bei den „Nebensorten“ PA 4 und PA 16 werden Platten mit einem Verdichtungsgrad von 99 % hergestellt (= 2 Platten). Bei den „Hauptsorten“ PA 8 und PA 11 wird zudem die Schichtdicke variiert, sodass der Einfluss der Schichtdicke auf die Wasserdurchlässigkeit ermittelt werden kann (= 4 Platten).
Aus den insgesamt 12 Platten werden je 4 Bohrkerne entnommen, an denen der Hohlraumgehalt, Verdichtungsgrad und der Anteil kommunizierender Hohlräume gemäss alter SN 640433b bestimmt werden. All diese Prüfergebnisse sollen den zu erwartenden Streuungsbereich der Wasserdurchlässigkeit im Rahmen der Sollwertbereiche der SN 640 430b ermessen.
Teil 3: Auswertungen Die Ergebnisse der in-situ-Messungen sowie die Untersuchungen im Labor bilden eine breit abgestützte Basis, um Vorschläge für Anforderungswerte in Abhängigkeit des Grösstkornes zu formulieren.
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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Yverdon-Drainometer gem- SN 640 430b
EN-Drainometer gem- EN 12697-40
Walzsegmentverdichter gem EN 12697-33
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Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)
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In den letzten Jahren wurden die Zusammenhänge zwischen der Korngrösse, der effektiven Porosität und der Wasserdurchlässigkeit von PA durch mehrere Autoren untersucht [3, 4, 5]. Die Ergebnisse zeigen alle eine starke Abhängigkeit der Wasserdurchlässigkeit von der Korngrösse. Sie wurden mit unterschiedlichen Messgeräten ermittelt, da jedes Land eine eigene Messvorrichtung bevorzugt. Weil keine Verbindungen zwischen den einzelnen Prüfgeräten bestehen, können die Ergebnisse aus der Literatur nicht direkt für das Schweizerische Normenwerk verwendet werden. Unserem Wissen nach wurden ausserdem keine Studien mit dem europäischen Drainometer durchgeführt. Diese Forschungsarbeiten bilden eine Basis für das hier beschriebene Vorhaben. Da wir den „Yverdon“ Drainometer sowie auch den europäischen Drainometer einsetzen wollen, gehen wir davon aus, dass unsere Arbeit international an Bedeutung gewinnt. Im Schlussbericht wird aus den erwähnten Veröffentlichungen umfassend informiert und die neuen Ergebnisse werden vor dem bestehenden Hintergrund dargelegt.
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Projektziele
(Deutsch)
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- Ermittlung von Wasserdurchlässigkeitsanforderungen für Deckschichten unter Berücksichtigung des Grösstkorns
- Die Wasserdurchlässigkeit von PA ist umso geringer, je kleiner das verwendete Grösstkorn ist. Die bisherigen, einheitlichen Anforderungen berücksichtigen diese grundlegende Abhängigkeit nicht; sie führen somit zu falschen Beurteilungen. Die Anforderungen sollten auf das Grösstkorn abgestimmt werden. - Die Notwendigkeit besteht vor allem für die meistverwendeten PA 8 und PA 11. Deckschichten aus PA 4 und PA 16 bilden Ausnahmen, für die lediglich Richtwerte definiert werden sollten.
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Projektziele
(Englisch)
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- Determination of requirements for the hydraulic conductivity of surface courses taking into account the largest grain size of the aggregate.
- The hydraulic conductivity of PA decreases with the dimension of the largest grain size. Up to now the requirements are all the same without consideration of the grain size. This approach may lead to an error of judgement. The requirements for drainability should be adapted to the type of PA. - Mostly concerned by new requirements are PA 8 and PA 11. The types PA 4 and PA 16 are, in comparison to the main types, rarely employed and guidance values will be proposed.
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Forschungsplan
(Deutsch)
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· Mai 2010 - Nov 2010 in situ Messungen der Wasserdurchlässigkeit
· Mai 2010 Materialbeschaffung, Mischgutuntersuchungen
· Mai 2010 - März 2011 Platten-Verdichtung, Wasserdurchlässigkeit, Bohrkernuntersuchungen, Anteil kommunizierender Hohlräume
· November 2010 Zwischenbericht / Präsentation vor der Begleitkommission BK
· Mai 2011 Schlussbericht / Präsentation vor der Begleitkommission BK
· August 2011 Schlusspräsentation FK5, Projektabschluss
· Februar 2012 Anpassung der SN 640 430
Tabellarische Darstellung des Arbeitsplans
Meilensteine
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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PA-typenspezifischen Anpassung der Anforderungen an die Wasserdurchlässigkeit in der SN 640 430.
Publikation der Ergebnisse in Materials&Structures. Zudem ist die EN 12697-40 in Europa kaum angewendet. Eine Publikation von Richtwerten könnte in anderen CEN Mitgliedstaaten von Interesse sein.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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1573
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Berichtsnummer
(Englisch)
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1573
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Literatur
(Deutsch)
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[1] SN 640 430b Walzasphalt - Konzeption, Ausführung und Anforderungen an die eingebauten Schichten (2008)
[2] Angst C., Beltzung F., Expérimentation in situ du nouveau drainomètre européen, Rapport OFROU 1234 (2008)
[3] Giuliani F., Costa A., Air permeability of porous asphalt pavement, Proceedings of 4th International SIIV Congress, Palermo, Italy (2007)
[4] Fraticò F., Moro A., Permeability and volumetrics of porous asphalt concrete; a theoretical and experimental investigation, Road Materials and Pavement Design, Vol. 8/4, pp 799-817 (2007)
[5] Ranieri V. et al., Granulometric and pore-based index properties of porous asphalt mixes, Proceedings of the Transportation Research Board Annual Meeting, Washington (2009)
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