Intelligente Verdichtung im Asphaltstraßenbau

Die Strassenbauindustrie steht im ständigen Spannungsfeld zwischen knappen Staatsbudgets und hohen Leistungsanforderungen an die Bauausführung. Wenn eine neue Strasse gebaut wird, sieht sie anfänglich immer gut und schön aus. Leider treten aus unterschiedlichen Gründen immer wieder Schäden an der Fahrbahn auf: Seien dies nun Spurrinnen, Rissbildungen, Schlaglöcher oder auch Schäden durch Unterspülungen. Je nach dem können diese Schäden beachtliche Ausmasse annehmen und den Fahrkomfort und die Verkehrssicherheit massiv beeinträchtigen. Wir sind uns alle einig: Das Warnschild für Belagsschäden von Abbildung 1 wollen wir nicht sehen. Unser Ziel ist ein qualitativ hochwertiges Strassennetz mit einer langen Lebensdauer, denn es gibt mehr als genügend Arbeit für den Ausbau und die Verbesserung der bestehenden Verkehrsinfrastruktur.

Abbildung 1: Belagsschäden - Dieses Bild wollen wir nicht sehen!

Die möglichen Ursachen von Belagsschäden sind umfangreich. Ein Blick in die Fachliteratur verrät uns, dass viele der Schadensbilder durch falsche Verdichtung hervorgerufen werden können: Anrisse von Setzungen oder auch Längs- und Netzrisse haben oft ihre Ursache im Untergrund; wenn Spurrinnen auftreten ist ein falscher Hohlraumgehalt und damit eine falsche Verdichtungsleistung die mögliche Ursache. Kornzertrümmerung und andere Schädigungen des Asphaltgerüstes treten auf, wenn bei zu tiefen Asphalt-Temperaturen verdichtet wird, oder die Intensität der Verdichtung zu hoch ist. Wir sehen also, dass eine korrekte Verdichtung Schäden vermeiden hilft und die Qualität der Strasse erhöht.
Dass Verdichtung im Strassenbau wichtig ist, ist weithin bekannt. Aus diesem Grund haben die Behörden und die Bauherren Abzugssysteme geschaffen, mit welchen die mindere Lebenserwartung von falsch eingebautem Belag abgegolten werden. Das Beispiel aus der RVS in Abbildung 2 zeigt anhand des Verdichtungsgrades auf, dass die Kosten für die Qualitätsabzüge Grössenordnungen annehmen können, welche den Gewinn des Bauunternehmers empfindlich schrumpfen lassen. Um diese Garantiekosten und damit Belagschäden zu verhindern muss der Strassenbauer Qualitätsgrössen wie Hohlraumgehalt oder Verdichtungsgrad in engen Toleranzgrenzen halten. Eine korrekte Verdichtung zahlt sich daher für Alle aus.

Abbildung 2: Beispiel von Qualitätsabzügen im Strassenbau (RVS)

Im Strassenbau eingesetzte Verdichtungswalzen funktionieren nach dem Prinzip der dynamischen Verdichtung, d.h. sie vibrieren und bringen so eine maximale Verdichtungsenergie in den Boden. Moderne Strassenbaumaschinen stellen viele unterschiedliche Funktionen zur Verfügung, damit die geforderten Qualitätsgrössen besser eingehalten werden können. Dazu gehören die Kontrolle von Verdichtungstemperaturen, die Bestimmung der Tragfähigkeit des Untergrundes oder auch die automatische Regelung der Verdichtungsarbeit.

Abbildung 3: Einbau auf unzureichend tragfähigem Grund: LKW-Spuren sind gut sichtbar

Ob wir nun vom Hochbau oder vom Strassenbau sprechen, die Tragfähigkeit des Untergrundes ist für alle Bauwerke zentral. Obwohl diese Tatsache allen Beteiligten bekannt ist, sieht man leider immer wieder den Asphalteinbau auf unzureichend tragfähigem Grund, wie Abbildung 3 zeigt. Die Spuren des LKW sind zu gut sichtbar und deuten auf einen weichen Untergrund mit schlechter Tragfähigkeit hin.
Ein zu weicher Untergrund entsteht oft, weil zwischen Verdichtung des Untergrundes und Asphalteinbau zu viel Zeit verstreicht oder Regen fällt. Daneben treten lokale Weichstellen im Untergrund auf, welche ihrerseits die bekannten Probleme verursachen. Solche lokale Weichstellen können zum Beispiel durch aufgefüllte Gräben verursacht werden.

Auf diesem Untergrund kann ein noch so hochwertiges Bindemittel zum Einsatz kommen oder ein noch so ausgeklügeltes Walzschema angewandt werden, die Strasse wird nicht lange ihren Dienst tun. Der eine Grund für die zu erwartenden Belagsschäden sind Absenkungen im Untergrund. Darüber hinaus stellt ein weicher Untergrund ein nicht ausreichendes Widerlager für den Verdichtungsprozess dar. Die Verdichtungsenergie wird nicht in die Asphaltschicht sondern in die weiche, nicht tragfähige Schicht in den Boden abgeleitet.

Heutzutage wird die Tragfähigkeit des Untergrundes mit statistischen Messverfahren ermittelt, das heisst an zufällig ausgewählten Messstellen werden die Bodencharakteristiken ermittelt.  Mögliche Messmethoden sind hierbei die Troxler-Sonde oder auch der Lastplatten-Druckversuch. Von diesen einzelnen Punktmessungen wird anschliessend auf die Tragfähigkeit des gesamten Untergrundes geschlossen. Es versteht sich von selbst, dass bei solchen Methoden lokale Fehlstellen (z.B. hervorgerufen durch einen Leitungsgraben) nicht zuverlässig entdeckt werden.

Moderne Asphaltverdichtungswalzen können vor dem Einbau des Asphalts dazu eingesetzt werden, die Tragfähigkeit des Untergrunds flächendeckend zu beurteilen. Es ist also möglich, vor dem Einbau des Asphaltes nochmals ohne grossen Aufwand die Einbaustelle abzufahren und so die Qualität flächendeckend zu kontrollieren und ggf. noch nach zu verdichten (siehe Abbildung 4). Dies ist insbesondere dann gut möglich, wenn die Asphaltwalzen nach dem gleichen Prinzip verdichten, wie dies Walzen im Erbau tun. Wenn eine Nachverdichtung des Untergrundes nicht möglich ist, kann im Extremfall sogar der Einbau ab- oder unterbrochen werden, um den wertvollen Asphalt nicht auf schlechtem Untergrund einzubauen. Der Untergrund kann dann entsprechend nachbearbeitet werden. Danach kann der Einbau fortgesetzt werden.

Abbildung 4: Asphaltwalze misst Steifigkeit des Untergrundes

Vergleiche haben gezeigt, dass eine gute Korrelation zwischen den flächendeckenden Messwerten von intelligenten Walzen und den altbekannten statistischen Messverfahren besteht. Das bedeutet, dass die durch die Walze gemessenen Werte eine ausreichende Genauigkeit für die Standardmessungen liefern. Wenn neben der relativen Aussage über die Bodentragfähigkeit auch ein absoluter Wert gewünscht ist, kann die Messung bei gewissen Messsystemen auf den jeweiligen Boden kalibriert werden. Wenn nun diese flächendeckenden Messwerte zusätzlich noch mit einem Positionierungssystem gekoppelt werden, dann entsteht ein flächendeckendes Abbild der Baustelle. Auf diese Weise können sehr rasch Schwachstellen im Untergrund identifiziert und der Verdichtungsfortschritt identifiziert werden. Die flächendeckende Messung der Tragfähigkeit des Untergrundes erhöht die Qualität im Strassenbauprozess und macht diesen noch effizienter.

Abbildung 5: Visualisierung von flächendeckenden Bodensteifigkeitswerten

Dr. Andreas Biedermann
Ammann Schweiz AG

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