OBESTO – Implementierung des GVO und LCCA Ansatzes in die österreichischen Bemessungsmethode für Straßenoberbauten

Ziel dieses Projekts war die Überarbeitung der österreichischen Bemessungsmethodik zur Dimensionierung des Straßenoberbaus mit der Implementierung des GVO-Ansatzes an bituminöses Mischgüter und Schichten. Durch Berücksichtigung der asphaltmechanischen Eigenschaften des Mischgutes, sowie der Belastung durch Klima und Verkehr können die technische Gebrauchsdauer von bituminösen Straßenoberbauten mit unterschiedlichen Bindemittel, Bindemittelsystemen, Asphaltsorten und Schichtdicken ermittelt und verschiedene Oberbauvarianten durch Anwendung von LCCA wirtschaftlich miteinander verglichen werden. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für eine Überarbeitung der Richtlinien und Vorschriften für das Straßenwesen (RVS).

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation/Motivation

Basierend auf der aktuell in Österreich angewandten Bemessungsmethode werden in RVS 03.08.63 – Oberbaubemessung (2008) Standardaufbauten für verschiedene Lastklassen und Bautypen angegeben. Die Bemessung dieser Aufbauten beruht auf der Berücksichtigung eines Modellasphalts, dessen Eigenschaften die Materialkennwerte unterschiedlicher, heute eingesetzter Mischgüter (vor allem gebrauchsverhaltensorientierten - GVO- konzipierter Asphaltsorten) nur teilweise widerspiegeln.

Die maßgebende Verkehrsbelastung wird durch eine Normachse definiert, wobei der Zusammenhang zwischen der Schädigung durch das tatsächlich auftretende Schwerverkehrskollektiv mit jener der Normachse durch Äquivalenzfaktoren hergestellt wird.

Durch diese Vorgehensweise wird die tatsächlich auftretende Verkehrsbelastung bei der Ermittlung der für die Dimensionierung maßgeblichen Primärwirkungen nicht direkt berücksichtigt und nur über die Relation zur Normachse definiert. Bei der aktuellen Bemessungsmethode steht zudem die Tragfähigkeitsberechnung (technische Gebrauchsdauer) im Vordergrund. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung über Lebenszykluskosten fehlt.

Inhalte und Zielsetzungen

Im Rahmen dieses Projekts wurde diese Methodik überarbeitet. Anstatt eines Modellasphalts wurde das Materialverhalten des tatsächlichen eingesetzten Mischguts berücksichtigt.

Hierfür soll es drei Möglichkeiten geben:

Konzeption einer Mischgutdatenbank für Standardasphalte (enthält statistisch abgesicherte Materialkennwerte wie z.B. Steifigkeit, Ermüdungsparameter)
Abschätzung der Steifigkeit eines Mischgutes mit Hilfe eines Mehrskalenmodells sowie der volumetrischen Zusammensetzung auf Grundlage der Eigenschaften des Bitumens
Notwendige asphalttechnische Materialkennwerte konnten direkt aus Versuchen entnommen werden

Methodische Vorgehensweise

Für jede diese Möglichkeiten wurde eine standardisierte Vorgehensweise entwickelt. Durch Auswertung aktueller Verkehrszählungen und Berücksichtigung aller wesentlichen Fahrzeugtypen charakteristischer Schwerverkehrskollektive, sowie statistisch abgesicherter Gesamtgewichts- und Achslastverteilungen wurde die tatsächliche Verkehrsbelastung in der Bemessung berücksichtigt.

Gemeinsam mit bekannten Klimakenngrößen und der gewählten Struktur, bildeten
Materialeigenschaften und Verkehrsbelastung die Eingangsgrößen für die Bemessung. Mit Hilfe der Mehrschichtentheorie nach Burmister wurden die Primärwirkungen (Spannungen, Dehnungen) bestimmt und durch Anwendung des Vergleichsspannungskonzepts nach Leon in einen eindimensionalen Dehnungszustand umgerechnet.

Dieser wurde in einem Schadensmodell eingesetzt, wobei die hier verwendete Ermüdungsfunktion durch das vorgesehene Mischgut definiert wurde. Aus den resultierenden Teilschädigungsraten für unterschiedliche Fahrzeugtypen und verschiedene Temperaturperioden kann gemäß der Schadenshypothese nach Miner eine Gesamtschädigungsrate gebildet und die technische Gebrauchsdauer ermittelt werden.

Der Ermittlung der technischen Gebrauchsdauer wurde eine Wirtschaftlichkeitsuntersuchung angeschlossen. Durch Einsatz einer standardisierten Lebenszykluskostenanalyse (LCCA) lassen sich Barwert und Annuität des gewählten Aufbaus bestimmt und somit die Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Varianten direkt bewerten.

Ergebnisse und Ausblick

Die in diesem Projekt vorgestellt Methodik soll als Grundlage für eine Überarbeitung der RVS 03.08.63 dienen. Sie soll ausschreibenden Stellen, Planern, aber auch ausführenden Baufirmen die Möglichkeit geben, vom Standard abweichende Aufbauten, den Einsatz von Recyclingasphalten sowie neue Bauweisen entwickeln und bewerten zu können. Sowohl die Ressourcenschonung, als auch der innovationsfördernder Charakter dieser Methodik sollen dabei im Vordergrund stehen.

Publikationen

Projektbeteiligte

Projektleitung

Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr Ronald Blab, Technische Universität Wien - Institut für Verkehrswissenschaften

Projektpartner:innen

DI Dr. Karl Kappl, ALPINE Bau GmbH
Univ.-Prof.Dr. Michael P. Wistuba, Technische Universität Braunschweig, Deutschland - Institut für Straßenwesen
Dr. Michael Kostjak, Swietelsky BaugesmbH
Dr. Peter Kremnitzer, Teerag Asdag
Dr. Markus Spiegl, OMV Refining&Marketing GmbH

Kontaktadresse

Technische Universität Wien
Institut für Verkehrswissenschaften
Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr Ronald Blab
Tel.: +43 (1) 58801-23314
E-Mail: ronald.blab@tuwien.ac.at