Dimensioning of concrete slabs in a targeted manner – durable and sustainable

Prof. Dr.-Ing. S. Freudenstein, München

Betonfahrbahnen werden heutzutage im Wesentlichen in wirtschaftlicher Hinsicht für eine avisierte Nutzungsdauer von 30 Jahren ausgelegt. Im Schichtaufbau braucht es für die Betondecke auf Asphalttragschicht nach den RStO 12/24 einen relativ geringen Aufbau von 26 cm Betondecke auf 10 cm Asphalttragschicht unter Berücksichtigung der Belastungsklasse Bk100. Untersucht man die Dicken der Betondecken nach RStO in Abhängigkeit der Belastungsklassen, so stellt man fest, dass eine Verdreifachung der Verkehrsmenge im Sinne der Überrollungshäufigkeit zu einer Verdickung der Betondecke um 1 cm führt. Dies wird in den RStO explizit bis zu einer Verkehrsmenge von 100 Mio. äquivalenten Überrollungen einer 10-t-Einzelachse angetragen. Auch bei einer Dimensionierung nach den RDO Beton-StB 09 bleibt die grundsätzliche Aussage gültig: Eine Verdreifachung der Verkehrsmenge im zugrunde gelegten Nutzungszeitraum führt zu einer erforderlichen Mehrdicke in der Betondecke von etwa 1 cm. Andererseits ist auch bekannt, dass die Oberflächeneigenschaften einer Betonfahrbahn nicht den gleichen Lebenszyklus aufweisen wie die Substanz der Betondecke. Hinzu kommt, dass Betonfahrbahnen schon im jungen Zustand, aber auch im Zeitraum der Nutzungsdauer nach Jahren und Jahrzehnten zu einem gewissen Aufschüsseln neigen. Dieses Aufschüsseln ist nicht nur vom Temperaturgradienten abhängig und daher zum Teil irreversibel. Ebenso sind die Textureigenschaften in regelmäßigen Abständen nachzuarbeiten. Für ein Ebenheits- und Texturgrinding ist ein Dickenabtrag von ca. 10 mm erforderlich. Nach ca. 12 Jahren erfolgt ein weiteres Texturgrinding, wofür nochmal ca. 5 mm Dickenabtrag anfallen. Wendet man beides für heute bereits hochbelastete Autobahnen mit aktuellen B-Zahlen von > 200 Mio. an, so bräuchte es dazu durch die Dimensionierung für eine Betonfahrbahn auf 10 cm Asphalttragschicht eine Betondeckendicke von 30 cm. Dabei sind auch noch Sicherheitszuschläge mit berücksichtigt. Zusätzlich sollten 5 cm Mehrdicke für ebenheits-und texturverbessernde Maßnahmen vorgesehen werden. Die Mehrkosten einer Betonfahrbahn mit einer Dicke von 35 cm gegenüber heutigen Bauweisen betragen grob geschätzt ca. 4 €/m². Setzt man diese 4 €/m² ins Verhältnis zu den aktuellen Erneuerungskosten von geschätzt ca. 130 €/m² im Fall eines üblichen Erneuerungsloses von Betonfahrbahnen, so beträgt der Mehraufwand für eine Verkehrsfläche mit extrem langer Nutzungsdauer lediglich 4/130, also etwa 3 %. Zusammenfassend erhält man damit für den Ansatz von lediglich 3 % Mehraufwand im Rahmen einer Deckenerneuerung mit 35 cm Betondecke auf 10 cm Asphalttragschicht eine Verkehrsfläche mit einer extrem hohen Nutzungsdauer von ca. 100 Jahren, damit eine unvergleichbare Verfügbarkeit der Verkehrswege ohne baustellenbedingte Staus und im Sinne einer Life-Cycle-Cost-Betrachtung eine unschlagbare Wirtschaftlichkeit. Abgesehen davon trägt diese Auslegung auch zu einem sinnvollen Einsatz unserer beschränkt verfügbaren Ressourcen und somit immens zur nachhaltigen Entwicklung bei.

Nowadays, concrete pavements are mainly designed for an intended service life of 30 years from an economic point of view. In terms of layer structure, the RStO12/24 require a concrete pavement thickness of 26 cm on top of a 10 cm asphalt base course, taking into account load class Bk100. If the thicknesses of concrete pavements according to RStO are examined in relation to the load classes, it can be seen that a tripling of the traffic volume in terms of rollover frequency leads to a thickening of the concrete pavement by 1 cm. On the other hand, it is also known that the evenness surface properties of a concrete roadway do not have the same life cycle as the substance of the concrete pavement. The texture properties must also be reworked at regular intervals. A thickness reduction of approx. 10 mm is required for flatness and texture grinding. After approx. 12 years, further texture grinding is carried out, which requires a further thickness reduction of approx. 5 mm. If both are applied to today's heavily trafficked highways with current B figures of > 200 million, the dimensioning for a concrete roadway with a 10 cm asphalt base layer would require a concrete cover thickness of 30 cm. Safety allowances are also taken into account here. In addition, 5 cm of additional thickness should be provided for flatness and texture improvement measures. The additional costs of a concrete road with a thickness of 35 cm compared to current construction methods are roughly estimated at approximately 4 €/m². If this 4 €/m² is compared to the current renewal costs of approximately 130 €/m² for a typical concrete road renewal project, the additional costs for a traffic area with an extremely long service life are only 4/130, or about 3 %. In summary, with an additional financial outlay of only 3 % with a 35 cm concrete layer on a 10 cm asphalt base, you get a traffic area with an extremely long service life of approx. 100 years, thus ensuring high availability of pavements without construction-related traffic jams and, in terms of life cycle cost analysis, unbeatable cost-effectiveness. Apart from this, this design also contributes to the sensible use of our limited resources and thus to urgently needed sustainable development.

doi.org/10.53184/STA8-2025-1

Literaturverzeichnis

E i d , J . (2012): Theoretische und experimentelle Untersuchungen dünner Betondecken auf Asphalt (Whitetopping). Lehrstuhl und Prüfamt für Verkehrswegebau, Schriftenreihe Heft 85, München. 2012

E i s e n m a n n , J . ; L e y k a u f , G . (2003): Betonfahrbahnen, 2. Auflage. Ernst & Sohn Verlag, Berlin

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (2024): Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen, Ausgabe 2012/Fassung 2024 (RStO 12/24). FGSV Verlag, Köln

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (2009): Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung von Betondecken im Oberbau von Verkehrsflächen, Ausgabe 2009 (RDO Beton 09). FGSV Verlag, Köln

R i e d l , T . (2024): Technische Vertragsbedingungen – Beitrag zur Weiterentwicklung von Gebrauchs- und Substanzeigenschaften und deren vertragliche Umsetzung. Straße und Autobahn, 75. Jahrgang, Juli 2024, Seiten 618 – 620. Kirschbaum Verlag, Bonn

J u n g e n , B. ; B e c k e n b a u e r , T. (2024): Texturgrinding – erstmals geregelt! Straße und Autobahn, 75. Jahrgang, Juli 2024,Seiten 583 – 590. Kirschbaum Verlag, Bonn

Substance ex works – Ready-to-use precast concrete elements regulated in information sheet M FT

Dipl.-Ing. T. Tschernack, Hoppegarten

Fahrbahndecken aus Beton sind dauerhaft tragfähig und können die Gebrauchseigenschaften für eine lange Zeit zur Verfügung stellen. In der Dimensionierung wird eine definierte Ausfallrate für eine normative Nutzungsdauer zugrunde gelegt. Um die Verkehrssicherheit aufrechtzuerhalten und eine lange ggf. über die geplante Nutzungsdauer hinausgehende Nutzbarkeit der Strecke zu erreichen, ist eine Wiederherstellung der Substanz (Ersatz der ausgefallenen Platten) während der Nutzungszeit im Rahmen der Baulichen Erhaltung vorgesehen. Zur Reduzierung von Baustellenzeiten sind vor Ort schnell ausführbare Instandsetzungssysteme notwendig, die qualitativ hochwertig und somit dauerhaft sind. Dies führt nicht nur zu einer Verringerung der Sperrzeiten im Sanierungsfall selbst, sondern in der Folge auch zu einer Minimierung der Baustellenanzahl. Betonfertigteile, die in ihren Abmessungen individuell an den Schadensumfang angepasst werden können, werden unabhängig von äußeren Randbedingungen unter definierten Bedingungen im Werk gefertigt und liefern dadurch eine gleichbleibend hohe Qualität. Seit 2012 wurden die Einsatzmöglichkeiten und -grenzen von Fertigteilsystemen untersucht und basierend auf Praxiserfahrungen das Merkblatt für Betonfertigteile für Verkehrsflächen (M FT) erarbeitet.

Concrete road pavements have a permanent load-bearing capacity and can provide the performance characteristics for a long time. Dimensioning is based on a defined failure rate for a normative service life. In order to maintain traffic safety and to ensure that the roadway can be used for a long time even longer than the planned service life, it is intended to reconstruct the substance (replacement of the failed slabs) during the service life as part of structural maintenance. To reduce construction site times, repair systems that can be carried out quickly on site and are of high quality and therefore durable are required. This not only reduces the closure times in case of repair, but also minimizes the number of construction sites. Precast concrete slabs, with dimensions which can be individually adapted to the extent of the damage, are manufactured in the factory under defined conditions, regardless of external circumstances, and therefore deliver consistently high quality. Since 2012, the possible applications and limitations of precast systems have been investigated and the “Guidelines for precast concrete elements for traffic areas” have been developed based on practical experience.

doi.org/10.53184/STA8-2025-2

Literaturverzeichnis
[1] „Hybrides Ertüchtigungssystem für die Straßenerhaltung unter Einsatz neuartiger Werkstoffe – HESTER“, Forschungsvorhaben gefördert vom BMBF (2015–2018), Förderkennzeichen 13XP5000 A-H
[2] W i e l a n d , M.: „Instandsetzung partiell geschädigter Betonfahrbahndecken mittels Betonfertigteilen“, FE 08.0217/2012/ERB, Bundesanstalt für Straßenwesen 2012
[3] V i l a r e t , S., R i w e , A., T s c h e r n a c k . T.: „Machbarkeitsstudie zum Einsatz von vorgefertigten Betonfertigteilen zur schnellen Sanierung lokaler Schadstellen“, Schlussbericht – Forschungsprojekt FE 89.0279/2012, Bundesanstalt für Straßenwesen 2012
[4] V i l l a r e t , S., R i w e , A., T s c h e r n a c k , T.: „Weiterentwicklung und Erweiterung der theoretischen Grundlage für die Instandsetzungsmethode mittels Betonfertigteile“, Schlussbericht – Forschungsprojekt FE 89.0283/2013, Bundesanstalt für Straßenwesen 2014
[5] O e s t e r h e l d , R.; P e c k , M.; V i l l a r e t , S.: „Straßenbau heute“, Band 1 Betondecken, Verlag BAU+TECHNIK GmbH, 2018
[6] SPEED-FT: Reparatursystem mit Fertigteilen zur schnellen und dauerhaften Instandsetzung von Betonfahrbahnbereichen, DE-AT Kooperation Verkehrsinfrastrukturforschung 2016
[7] BTE Stelcon GmbH, Broschüre HESTER, www.stelcon.de/wp-content/uploads/2024/07/Broschuere_HESTER.pdf
[8] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V.: Merkblatt für Betonfertigteile für Verkehrsflächen M FT, Ausgabe 2025, FGSV Verlag, Köln
[9] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V.: RDO Beton 24 – Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung von Betondecken im Oberbau von Verkehrsflächen. Ausgabe 2024. FGSV Verlag, Köln
[10] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V.: ZTV Beton-StB – Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und Fahrbahndecken aus Beton. Ausgabe 2007. FGSV Verlag, Köln
[11] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V.: RSt0 – Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen. Ausgabe 2012/Fassung 2024. FGSV Verlag, Köln