Rights / License: Research Collection In Copyright - Non … · 2019-03-29 · 4.13 Vorschlag...

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Doctoral Thesis

Dimensionierung und Verstärkung von Strassen mit geringemVerkehr und flexiblem Oberbau

Author(s): Burlet, Edouard

Publication Date: 1980

Permanent Link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-000207974

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Diss. ETH Nr. 6711

DIMENSIONIERUNGUND VERSTÄRKUNG VON STRASSEN

MIT GERINGEM VERKEHR UND FLEXIBLEMOBERBAU

ABHANDLUNG

zur Erlangungdes Titels eines Doktors der Technischen Wissenschaften

der

EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULEZÜRICH

vorgelegt von

Edouard Burlet

Dipl. Forsting. ETHgeboren am 23. Dezember 1945von Reichenburg (Kt. Schwyz)

Angenommen auf Antrag vonProf. V. Kuonen, Referent

Prof. K. Dietrich, Korreferent

1980

Vorwort

Diese Arbeit entstand auf Anregung von Prof. V. Kuonen, Leiter des Fachbereiches Forstliches

Ingenieurwesen des Institutes für Wald- und Holzforschungan der ETH Zürich. Für seinewert¬

vollen Ratschläge und wohlwollende Begleitung der Arbeit möchte ich ihm recht herzlich

danken.

An Herrn Prof. K. Dietrich, Vorsteherdes Institutes für Verkehrsplanung und Transporttech¬nik, richte ich einen besondersherzlichen Dank für die Übernahme des Korreferates und die

nützlichen Anregungen zur Erweiterung und Ergänzung der Arbeit.

Einen weiteren Dank möchte ich Herrn PD Dr. R. Hirt aussprechen. Mit seiner Erfahrungaufdem Gebiete der Oberbaudimensionierung hat er wesentlich zum Gelingen der Arbeit beige¬tragen.

Auch allen übrigen Mitarbeitern des Fachbereiches möchte ich hier für die anregende und

freundschaftliche Zusammenarbeit herzlich danken.

Zürich, im September 1980 E. Burlet

Inhaltsverzeichnis

Seite

1. EINLEITUNG 1

1.1 Bedeutung der Wald- und Güterstrassen 1

1.2 Das Problem der Dimensionierungund Verstärkungdes Oberbaus von

Strassen mit geringem Verkehr 2

1.3 Zielsetzung der Arbeit 5

2. DIMENSIONIERUNGVON STRASSENMIT GERINGEM VERKEHR UNDFLEXIBLEMOBERBAU 6

2.1 Der AASHO-Strassentest 6

2.2 Formel und Nomogramm für die Dimensionierungvon Strassen mitgeringem Verkehr und flexiblem Oberbau 7

2.3 Beanspruchung des flexiblen Strassenaufbaus durch die Verkehrslast 122.31 Massgebende Spannungen und Verformungen 122.32 Massgebende Spannungenund Verformungen in verschiedenen nach

der Dimensionierungsformelermittelten Oberbauten 12

3. VERSTÄRKUNGVON STRASSENMIT GERINGEM VERKEHR UNDFLEXIBLEMOBERBAU 16

3.1 Einleitung 16

3.2 Der Zeitpunktder Deflektionsmessung: Frühling oder Sommer/Herbst 19

3.3 Die Sommer/Herbstdef lektion in Funktion des Stärkenindexesund derUntergrundtragfähigkeit

_

193.31 Beziehungenzwischen der mittleren Deflektion d und dem

StärkenindexSN_

203.32 Die mittlere Deflektion d in Funktion des Stärkenindexesund der

Untergrundtragfähigkeit 243.33 Die massgebende Deflektion dm in Funktion des Stärkenindexes

und der Untergrundtragfähigkeit 27

3.4 ZulässigeSommer/Herbstdeflektionen 29

3.5 Bestimmungdes StärkenindexesA SN der Verstärkungnach derDeflektionsmethode 30

4. DIMENSIONIERUNGSPARAMETER 36

4.1 Untergrundtragfähigkeit 364.11 Bedeutung der Untergrundtragfähigkeit als Dimensionierungs-

parameter 364.12 Untersuchung der bodenmechanischen Eigenschaften von drei

typischen Böden des Mittellandes 364.121 Bodenmechanische Kennziffern der Böden im Felde 374.122 Verdichtungsverhalten der Böden bei natürlichem

Wassergehalt 374.123 Folgerungenfür das Tragfähigkeitsverhalten 40

4.13 Vorschlag für die Ermittlung der Untergrundtragfähigkeit bei derDimensionierungvon Strassen mit geringem Verkehr 40

4.2 Verkehr 424.21 Die Lastäquivalenzfaktoren e für eine Endbefahrbarkeitvon p = 1.5

und Strassen mit flexiblem Oberbau 424.22 Die Lastäquivalenzfaktoren e ausgewählter Fahrzeugtypen 454.23 Verkehr auf Waldstrassen 48

4.231 Baustellenverkehr 484.232 Holztransport 514.233 Dimensionierungsverkehrauf Waldstrassen 53

4.24 Verkehr auf Güterstrassen 554.241 Landwirtschaftlicher Verkehr 554.242 Dimensionierungsverkehrauf Güterstrassen 57

4.3 Umgebungsbedingungen(Regionalfaktor R) 594.31 Einflussdes Regionalfaktors auf den Stärkenindex 594.32 Regionalfaktoren für die Schweiz 60

4.4 Tragfähigkeitskoeffizienten (a-Werte)der Baustoffe 61

5. VORSCHLAGFÜR OBERBAUVARIANTEN 64

6. LITERATURVERZEICHNIS 74

7. ANHANGKornverteilungsbereich und Plastizitätseigenschaftender untersuchten Böden 76

8. ZUSAMMENFASSUNG 78

SUMMARY 80

1. EINLEITUNG

1.1 Bedeutung der Wald- und Güterstrassen

Das produktive Areal der Schweiz umfasst rund drei Viertel der gesamten Landesfläche. Es

gliedert sich zu etwa gleich grossen Flächen in landwirtschaftlichesKulturland, Weiden und

Wald auf.

Dieses etwa 30 000 km2 grosse produktive Gebiet erfüllt eine Reihe von wichtigen Funktio¬

nen. Die Hauptfunktion ist die Erzeugung von land- und forstwirtschaftlichenProdukten.Aus¬

serdem erfüllen der Wald und das landwirtschaftliche Gebiet ebenso wichtige Dienstleistungs¬funktionen für die Allgemeinheit, nämlich die Schutzfunktion, die Erholungsfunktionund die

Flächenfunktion.

Eine unerlässlicheVoraussetzung zur Erfüllung dieser Funktionen bildet das Wald-und Güter-

strassennetz,das den Zugang zu den Flächen für die Pflege und Bewirtschaftung und die Nut¬

zung der Dienstleistungsfunktionen erlaubt. Ferner haben die Wald- und Güterstrassen oft die

Aufgabe der Ortsverbindungzu übernehmen. Dementsprechend lassen sich diese Strassen nach

ihrer Funktion (1) aufteilen in:

— Verbindungsstrassen— Sammelstrassen

— Erschliessungsstrassen

Im'Gegensatz zu den rechtlich klassierten Strassen (National-, Staats- und Gemeindestrassen)ist das Verkehrsaufkommenauf den Wald- und Güterstrassen gering. Nach den Normen der

Vereinigung Schweizerischer Strassenfachleute VSS (2) lassen sie sich in die Gruppe der Stras¬

sen mit sehr leichtem Verkehr (1 bis 30 Normachslasten) einreihen. Zudem erfahren diese

Strassen, die meistens "vor Kopf" gebautwerden, ihre grössteBeanspruchung durch den Bau¬

stellenverkehr. Der eigentliche Bewirtschaftungsverkehr ist in der Regel so klein, dass diese

Strassen einspurig gebaut werden können. Aufgrund dieser geringen Verkehrsfrequenzwerdensie im nachfolgendenals "Strassen mit geringem Verkehr" bezeichnet.

Das bisher gebaute Netz dieser Strassen weist ca. 55 000 km (3) auf und entspricht somit nahe¬

zu dem Netz aller rechtlich klassierten Strassen (National-, Staats- und Gemeindestrassen). Da¬

bei ist zu bemerken, dass bei einem grossen Teil der vor 1955 erstellten Strassen mit geringemVerkehr der Oberbau bereits verstärktwerden muss.

Das noch zu realisierende Bauvolumendürfte bei 35 000-40000 km liegen. Zur Zeit werden

pro Jahr über 1000 km gebaut, dies entspricht einer Bausummevon über 200 Millionen Fran¬

ken (4). Hievon entfällt rund ein Drittel, entsprechendetwa 70 Millionen Franken, auf den

Oberbau. VomwirtschaftlichenStandpunkt ausgesehen ist somit auch bei den Strassen mit ge¬

ringem Verkehr eine eigentliche, der Beanspruchung angemessene Dimensionierungdes Ober¬baus erforderlichund zweckmässig.

1.2 Das Problem der Dimensionierung und Verstärkung des Oberbaus von Strassen mit

geringem Verkehr

Den Zweck der Dimensionierungdes Oberbaus einer Strasse definiert Hirt (5) wie folgt:

"Das Ziel der Dimensionierungdes Oberbaus einer Strasse (Neubau, Verstärkung) besteht

in der Bestimmung verschiedener, in bezug auf die Tragfähigkeit gleichwertiger Aufbau¬varianten unter möglichst weitgehender Berücksichtigung der massgebenden Dimensionie-

rungsfaktoren, wie Untergrund, Umgebungsbedingungen, Verkehr und Baustoffe" (Abb. 1).

Abbildung 1: Schema der Oberbaudimensionierung(5)

Untergrund Umgebungs¬faktoren

Verkehr Baustoffe

- Tragföl- Gleichm

tigkeitässigkeit

- hydrolVerhol

- Frost

Dgischetnisse

Achslas- Anzah- Grösse

ten - Festigkeit- Stabilität

Dimensionierung gleichwertigerAufbauvcirianten

Wahl des Strassenaufbaus- Wirtschaftlichkeit (Bau und Unterhalt)- Sicherheit- Zweckmässigkeit- Fahrkomfort- Unterhaltbarkeit

Die Dimensionierung des Strassenoberbaus erfuhr durch den AASHO-Test (6) einen grossenDurchbruch. Vor diesem Grossversuch beruhte die Oberbaudimensionierung — insbesondere

bei den Strassen mit geringem Verkehr — auf der Erfahrung und der gutachtlichen Beurteilung.Diese Art der Dimensionierungführte in den wenigsten Fällen zu einem strukturell richtig di¬

mensionierten Oberbau und erlaubte keinen wirtschaftlichenVariantenvergleich. Verschiedent¬lich wurden auch theoretische Dimensionierungsverfahrenangewandt, welche die allgemeineElastizitätstheorie als Grundlage haben. Diese Verfahren haben nur einen beschränktenEin¬

gang in die Praxis gefunden. Ein Grund dafür dürfte darin liegen, dass mit den vorhandenenMessmethoden nicht ohne weiteres überprüft werden kann, ob die aufgrund der getroffenenAnnahmen berechnetenSpannungen und Verformungen im Strassenoberbau mit den tatsäch¬lich auftretenden übereinstimmen.

Die Ergebnisse des AASHO-Versuchs (AASHO= American Association of State Highway Of-

ficials) wurden von vielen Ländern in ihren Dimensionierungsverfahrenverwendet. Auch in der

Schweiz wurden diese Ergebnisse im "grossen Strassenbau" in den Dimensionierungsnormender Vereinigung Schweizerischer Strassenfachleute (VSS) weitgehend übernommen (Abb. 2).Für die Dimensionierung von Strassen mit geringem Verkehr sind jedoch diese Normen der

VSS aus folgenden Gründen nicht anwendbar:

- Die VSS-Normen enthalten keine Diagramme für die Ermittlung der Fundationsschicht

(Kiessandtragschicht) von Strassen mit einem Verkehr kleiner als 10 Normachslastenpro

Tag, also von Strassen mit geringem Verkehr.

— Bei den Strassen mit geringem Verkehr kann die in den Normen vorgeschriebene Verdich¬

tung des Untergrundesbzw. Unterbaus bei optimalem Wassergehalt nicht mit vernünftigenMitteln erfüllt werden. Meistens ist der vorhandene Wassergehalt bedeutend höher als der

optimale.— Im Gegensatz zu den rechtlich klassierten Strassen (National-, Staats- und Gemeindestras¬

sen) können bei den Strassen mit geringem Verkehr aus Kostengründen nur beschränkteMassnahmen zur Verhütung von Frosthebungengetroffen werden. Kleinere Schäden (Risse)infolge von Frosthebungen werden in Kauf genommen. Der Tragfähigkeitsverlustim Stras-

senaufbau während der Auftauperiode wird jedoch durch die Einführung eines Regional¬faktors berücksichtigt.

— Die Anforderungen an die Oberbaumaterialien— insbesondere an die Kiessandmateria¬lien — sind bei den Strassen mit geringem Verkehr niedriger als im "grossen Strassenbau".Im Wald- und Güterstrassenbau wird oft anstehendesMaterial als Kiessandtragschicht (Fun¬dationsschicht) verwendet,welches nicht den Qualitätsvorschriftenfür Kiessand nach den

VSS-Normen entspricht.— Die Anforderungen an die Befahrbarkeit der Strassenoberfläche sind bei Strassen mit ge¬

ringemVerkehr kleiner als bei den rechtlich klassierten Strassen.

Für die Dimensionierung und Verstärkung von Strassen mit geringem Verkehr wurde in der

Schweiz erstmals von Hirt (5) ein auf dem AASHO Interim Guide basierender Vorschlag ge¬macht. Er weist jedoch darauf hin, dass verschiedene Grundlagen noch ungenügend abgeklärtsind, wie zum Beispiel Dimensionierungsverkehr, Tragfähigkeitskoeffizienten der Baustoffe,Einfluss des Baustellenverkehrs, Reduktion der Deflektion durch die Verstärkungusw.

Abbildung 2: Dimensionierungdes Strassenoberbaus nach den VSS-Normen(7)

GRUNDLAGEN: LastenFundations-

verhältnisseOrtliche Bedingungen-

VERKEHR

BEFAHRBARKEIT p

640 321

BODENART

AEQUIVALENTEVERKEHRSLAST

TF.W

640 320

l_.

REGION,MEERESHOHE STANDORT

TRAGFÄHIGKEIT

k- Planum

k- Planie

CBR-Planum

640 317

1,670148

Gi670145

X30670148

N

640316

Entscheid überDIMENSIONIERUNGSART

640315

i__.Dimensionierung aufTRAGFÄHIGKEITBAUWEISE

FLEXIBEL

Bituminös

STARR

Beton

640323 640326

J L( BAUSTOFFE )

[

L.d" + dj

Massnahmen gegenFROSTSCHÄDEN

•~l

oMASSNAHMEN

ERSATZds = »30

ds = 0,6 X30STABILISIERUNGDESOBERBAUS

THERMISCHE.ISOLATION640328

._l

I ERFORDERLICHE DICKE| DES OBERBAUS:

auf Tragf'ähikeit gegen Frost schaden

L_.

Sdj (d1 *ä2 ), d3 d, ( + d3 ) Sd, ds =2d i

KRITERIEN

MaterialtechnischeAuf bauprinzipienVerkehr undGeometrie der StrasseWirtschaftlichkeit

AUFBAU DES OBERBAUS- Anzahl Schichten- Dicken d,, d2- Mischgut

MASSGEBENDE DICKEDES OBERBAUS

GleichwertigeOBERBAUVARIANTEN

Belag diTrag -

Schicht

Fundations-Schicht d3

'////////,

Flexible Bauweise

Belag d,

Fundations-schicht d3

'////////.

"Starre"Bauweise

1.3 Zielsetzung der Arbeit

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Dimensionierung und Verstärkungdes Oberbausvon Strassen mit geringem Verkehr und flexiblem Oberbau. Der starre Aufbau, also die Ze¬

mentbetonplattewird nicht behandelt, weil bei geringem Verkehr die Plattendicke durch die

konstruktive Minimaldickegegeben ist.

Die Zielsetzung dieser Arbeit lässt sich demzufolge wie folgt umschreiben:

— Herleitung einer auf den Resultaten des AASHO-Testes basierenden Dimensionierungsfor-mel bzw. eines Dimensionierungsnomogrammsfür Strassen mit geringem Verkehr

— Entwicklung eines Verfahrenszur Bestimmungder Verstärkungdes Oberbaus von Strassenmit geringem Verkehr

— Durchführung von Untersuchungen zur besseren Erfassung der Dimensionierungsparame-ter, wie Untergrund,Verkehr, Baustoffe und Umgebungsbedingungen

— Vorschlag von typischen Oberbauvarianten unter Berücksichtigung der verschiedenen Di¬

mensionierungsparameter.

2. DIMENSIONIERUNG VON STRASSEN MIT GERINGEM VERKEHR UND

FLEXIBLEM OBERBAU

2.1 Der AASHO-Strassentest

Der AASHO-Strassentest (6) wurde zwischen 1956 und 1961 in den USA bei Ottawa, Illinois,

durchgeführt. Mit 468 Versuchsabschnitten in flexibler und 368 in starrer Bauweise ist dieser

Test der bisher grösste Versuch über das Verhalten des Strassenoberbaus unter Verkehr. Der

Versuchsverkehr, der während 25 Monaten über die verschiedenen Teststrecken rollte, erreich¬

te auf jedem Abschnitteine Verkehrsbeanspruchungvon 1'114'000Achsdurchgängen.

Das wichtigste Ziel des Versuchs bestand in der Bestimmungder Beziehungenzwischen der An¬

zahl Achsdurchgängen verschiedener Grösse und Anordnung und dem Verhalten flexibler und

starrer Oberbauten von verschiedener Dicke auf einem Untergrund von bekannten Eigenschaf¬ten. Dabei wurde zur Beurteilung des Verhaltens des Strassenoberbaus der neue Begriff der

"Befahrbarkeit einer Strasse" eingeführt. Die Auswertung der Resultate des AASHO-Strassen-tests erlaubte die Aufstellung empirischer Beziehungen zwischen dem Befahrbarkeitsindex p

und den Faktoren Achslast L, Anzahl der Achslastwechsel W, LastanordnungA und der Dicke

des Strassenoberbaus SN.

Die allgemeine Gleichungfür den Befahrbarkeitsindex p = f (L, A, W, SN) lautet (6):

p = po - (Po -Pi) (—) nj

Es bedeuten:

p = Befahrbarkeitsindex zu einem gegebenen Zeitpunkt (present serviceability index)

p0 = Anfangsbefahrbarkeitsindex; beim AASHO-Strassentest war für die flexiblen Ab¬

schnitte Po = 4.2

Pj. = Befahrbarkeitsindex bei der die Versuchsabschnitte aus dem Versuch genommenwurden; beim Strassentestwar pj = 1.5

W = Anzahl der Achslastwechsel

p = eine Funktion des Oberbaus, der Achslast und der Lastanordnung,welche die

erwartete Anzahl Achslastwechsel bis zu einer Endbefahrbarkeitvon 1.5 angibt.

ß = eine Funktion des Oberbaus, der Achslast und der Lastanordnung,welche die

Form der Befahrbarkeitskurve angibt.Bei flexiblen Oberbauten gelten für p und ß folgende Gleichungen:

105-93 (SN+2.54)9-36 • A4-33P = [21

2.549*36 (2.2L + A)4-79

D f)R1 - (2 2I + A)3-23 • ? R45*19ß = 0.40+ U./l-i-a; ^A04— [3]

(SN+2.54)5-19 ¦ A3-23

Durch Umformender Gleichung [2] in eine logarithmische Funktion und durch Einsetzen der¬

selben in die Gleichung[5] ergibt sich:

log W = 5.93+ 9.36 log (SN + 2.54) + 4.33 log A- 9.36 • log 2.54 - 4.79 ¦ log (2.2L + A)

[6]

Als Normachslastwird die Einzelachslastvon 8.2 t angenommen. Die Gleichung [6] wird nun

zu:

log W8.2 = 9.36 ¦ log (SN + 2.54) - 3.99oder

W8.2 =

(SN + 2.54)9-36103.99

[7]

Diese Gleichung [7] ist jedoch nur für die Umgebungsbedingungen und die Bodenverhältnisse

der AASHO-Versuchsstrecken gültig.

Die Berücksichtigung von anderen Umgebungsbedingungen als jene des AASHO-Strassentestes

erfolgt durch die Einführungdes Regionalfaktors. Dabei wird angenommen, dass die Anzahl W

der Achslastwechsel (Verkehr) umgekehrt proportional zum Regionalfaktor ist:

Wf(SN,R) Wf(SN) 'R

Aus Gleichung [7] ergibt sich nun:

W8(SN+2.54)9-36103.99 R

[8]

Damit die Dimensionierungsformelauch für andere Böden gültig ist, muss eine Beziehung für

die Bodentragfähigkeit bestimmt werden. Ein erster Wert folgt aus der Tragfähigkeit des Unter¬

grundes des AASHO-Tests. Diesem Boden wird ein Tragfähigkeitswert von S = 3 zugeordnet.Ein zweiter Wert ergibt sich durch die Analyse des Verhaltens der Versuchsstrecke mit einem

Stärkenindexvon SN = 12.45 und der Belagsdicke von 11.4 cm. Diese Strecke kann bis zur

Endbefahrbarkeitvon p = 1.5 einen Verkehr von W82 = 10 363 424 aufnehmen. Da die

Schottertragschicht dieses Abschnittes eine grosse Dicke aufweist,wird angenommen, dass der

Einfluss des Untergrundesgering ist und das Verhalten der Strasse zur Hauptsache durch die

Tragschicht bestimmt wird. Diese Schotterschicht wird somit als Untergrund betrachtet, demein Tragfähigkeitswert von S = 10 zugeordnet wird. Daraus kann geschlossen werden, dass ein

Belag mit einem Stärkenindexvon SN -= 5.02 (11.4 ¦ 0.44) auf einem Boden mit einem Trag¬fähigkeitswertvon S = 10 einen Verkehr von W8.2 = 10 363 424 aufnehmenkann.

Es gilt nun:

SN S W8.25.02 10 10 363 424

5.02 3 17 099

Im weiteren wird angenommen, dass

Wf<SN.R.S)=Wf(SN,R)'10K(S-S0)

wobei:

W. _

(SN+2.54)9-36f(SN,R)

~

1Q3*99 ¦ R

K = eine Konstante

S = Bodentragfähigkeit für beliebige Verhältnisse

S0 = Bodentragfähigkeit für die Verhältnisse des Strassentests(S0 = 3)

Durch Einsetzen ergibt sich:

Wf(5rj2 1 10)= 17 °" ' 10K(1C^3) = 10 363 424

=> K = 0.398

Es wird nun:

W = W -100*398 ß-3)VVf(SN,R,S) VVf(SN. R)

lu

und durch Einsetzen der Gleichung[8] in diese Gleichungergibt sich:

W8.2 =(SN+2.54)9-36 •ioo-398(s-3)

103-»9 ¦ R[9]

Durch das Auflösendieser Beziehung [9] nach SN wird:

2.67 • (W- R)o*i°<-8SN = -

- 2.54-|qOX)42S (S-3)

[10]

Die S-Werte, also die Bodentragfähigkeitswerte der Beziehung [10], sind willkürlich gewählteGrössen, die in keinem Zusammenhang mit einer Versuchsmethode stehen. Es ist daher erfor¬derlich zwischen dem S-Wert und den üblichen Tragfähigkeitswerten, im vorliegenden Fall dem

CBR-Wert, einen Zusammenhang abzuleiten.

10

Nach Giudicetti (9) entspricht einem S-Wert= 3 ein CBR-Wert= 2.5 % und einem S-Wert= 10

ein CBR-Wert = 160%. Für die Ermittlung dazwischenliegender Werte wird allgemein ange¬

nommen, dass der S-Wert eine logarithmische Funktion des CBR-Wertes ist. Sie kann mathe¬

matisch wie folgt beschrieben werden:

S = 3.8760 log CBR +1.4578 [11]

Durch Einsetzen dieser Beziehung in die Gleichung[10] wird die eigentlicheDimensionierungs-formel für Strassen mit geringem Verkehr erhalten:

SN2.67 (W ¦ R)°*10681Q0.1647 *. log CBR - 0j06SS

2.54 [12]

Die Anwendung dieser Formel zur Ermittlung des Stärkenindexesdes Oberbaus einer Strasse

erfordert die Bestimmungdes Verkehrs W in Normachslastenvon 8.2 t, des Regionalfaktors R

und der Untergrundtragfähigkeit (CBR-Wert).

Die Dimensionierungsformelkann auch in Form eines Nomogramms dargestellt werden (Abb.3).

11

Abbildung3: Dimensionierungsnomogramm für flexible Aufbauten,p = 1.5

SN=2,67(WR) 0,1068

4QO,1647-log CBR-0,0655—2,54

UntergrundTragfähigkeitCBR%

30 -

20 -

10 —

5 -

4 —

3

0,5—

Verkehr

Normachslasten

von 8,2t

1 000 000

- 500'000

100000

so'ooo

10 000

s'ooo

Störkenindex

SN

p- 13.0

12,0

11,0

10,09,5

9,0

8,5

8,0

7,5

7,0

6,5

6,0

5,5

5,0

4,5

4,0

r- 3,5

3,0

— 2,5

— 2,0

RegionalfaktorR

0.5

1.0

2,0

5,0

gewogener

StärkenindexSN

r— 2,0

— 2,5

.3 o

3 5

4 0

« 5

5 0

5 ,5

6,0

6 ,5

7 ,0

7 ,5

6 .0

8 ,5

9,0

9 >510 o

11,0

12,0

13,0

12

2.3 Beanspruchung des flexiblenStrassenaufbaus durch die Verkehrslast

2.31 Massgebende Spannungenund Verformungen

Im Strassenkörper treten infolge der Belastung durch den Verkehr Spannungenund Verfor¬

mungen auf, die je nach Konstruktiondes Oberbaus (Dicke, Schichten), der Qualität der ver¬

wendeten Baustoffe und den Eigenschaften des Untergrundes von unterschiedlicher Grösse

sind. Als die beiden massgebenden Kriterien für die Beurteilung der Tragfähigkeit des Stras¬

senaufbauswerden die Druckspannungen bzw. Druckverformungen an der Oberflächedes Un¬

tergrundes und die Biegezugspannungenbzw. Zugdehnungenan der Unterseite der gebundenenSchicht in der Lastachse betrachtet (Abb. 4). Für die Berechnung dieser Spannungenwird bei

allen Verfahren nur die vertikale Radlast berücksichtigt. Dabei wird angenommen, dass der

Kontaktdruck des Reifens auf die Strasse gleichmässig über eine kreisförmige Fläche verteilt

ist.

Abbildung 4: Schemader Spannungen und Verformungenim flexiblen Strassenaufbau

Radlast

. i

mnnnn,

gebundeneSchicht

I

ibzw. «r—*-

a : Radius der Aufstandsfläche

Kontaktdruck Reifen/Strasse

ungebundeneSchicht

Iiii

bzw. €v

°T' BiegezugspannungZugdehnungDruckspannung

Druckverformung

Untergrund(Unterbau)

Ii

Bei Strassen ohne gebundene Schichten im Oberbau fällt das Kriterium der Zugdehnungenweg.

2.32 Massgebende Spannungen und Verformungenin verschiedenen nach der Dimensio¬nierungsformelermittelten Oberbauten

Um die Gültigkeit der in der Dimensionierungsformel(Gleichung [12]) eingesetzten Beziehungfür die Untergrundtragfähigkeit (Gleichung [11]) zu überprüfen, wurden in verschiedenen mit

der Dimensionierungsformelermittelten Strassenoberbauten die massgebenden Beanspruchun¬gen berechnet. Dazu wurden die Druckverformungen des Untergrundes infolge der Verkehrs¬last an zwei typischen Aufbauten (Abb. 5) bestimmt.

13

Abbildung 5: Schema der untersuchten Oberbautypen

Typl TyP11

l

1*5.

| 7cmf-IMT_AI

Kies Ki'es

I

I I

Untergrund Untergrund(Unterbau) (Unterbau)

Beim Typ II wurden noch zusätzlich die Biegezugspannungen an der Unterseite der Heiss-

mischtragschicht (HMT) berechnet. Die Dicke der verschiedenen Oberbauten wurde bei beiden

Oberbautypen aufgrund der nachstehenden Kennwerte mit der Gleichung[12] bestimmt:

W8.2 = 100 000

R = 1.5

CBR-Wert = 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 7 %, 10 %, 15 %, 20 %

Verkehr

RegionalfaktorUntergrundtragfähigkeitTragfähigkeits¬koeffizienten (nach : HMTA : a = 0.34

AASHO) Kies :a = 0.11

Die Berechnung der Spannungenfür diese Aufbauten erfolgte anhand der von Jones (10) aufge¬stellten Spannungstabellen, mit den folgenden Kennwerten:

Ex = 100 000 kg/cm2E2 = 2 500 kg/cm2E3 = 100-CBR kg/cm2 (11, 12, 13)

Elastizitätsmoduli : HMTA :

Kies :

Untergrund :

Radius der Aufstands¬

fläche : a = 15 cm

Kontaktdruck ¦ Oo =7 kg/cm2

Die Ergebnisse dieser Berechnung sind in den Abbildungen 6 und 7 dargestellt.

14

Abbildung 6: Druckverformungdes Untergrundes in den Oberbautendes Types I

a=l5cm

Oberbaier

80 -i

60 -

40 -

20 -

n —

W = 10Ö000 5-VKies ? p-°r =1,5 °°So';0AV°o-°o0

\. CBR= 1-20% Untergrund

o'° o"^-^o' • °^—-—__

. o O O . '0 O ° 0O~> 0 o n -—-—_

¦>° ° 0° £ o

° ° ° Kies o, «o ° O O A °

°.

c o-o *o ou 0 e o -o • .0 O '0 :°.ooI I I I I I 1 I I I I I I I I I I I I

2 3 4 5 7 10 15 20%CBR

-48-10

6- 10"4H

4-10,-4

2-10-4

I' I I I I 1 I i ' i i i i i I I t I I

12 3 4 5 7 10 15 20%CBR

15

Abbildung7: Druckverformung des Untergrundes und Biegezugspannungan der Unterseiteder HMTA in denOberbauten des Types II

a* 15cm

Oberbaudicke'

cm

80

UJJJ_aWkg/cm27cm HMTA%W =100000

R = 1,5CBR = 1 -20%

o. o*; o-r °n°°e-oo Kies.'g,?.

Untergrund

60

40» o

°o20 O o ."»o oo Oö-o w„o S,o « k es üo •

n • O O *^ S-J-*,n'crvv

10 151—I20%CBR

8-10

6-10-4

4-10

2-10-4

t—i 1 1 r-

12 3 4 5-i—i—i—I—r7 10

i i 1—r

15-i—i—r

20% CBR

50-i

40

30

20

10

ortkg/cm^)

0-1—i—i—i—i—i—i—i—i—\—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i12 3 4 5 7 10 15 20%CBR

Aus den Abbildungen 6 und 7 geht hervor, dass bei den untersuchten Oberbauten die Druck¬verformung und somit die Beanspruchung des Untergrundesannähernd gleich gross ist. Die be¬rechneten Oberbauten weisen praktisch die gleiche Tragfähigkeit auf und können somit alsgleichwertig bezeichnet werden. Die Gleichwertigkeit der nach der Dimensionierungsgleichungbestimmten Oberbauten kann auch für andere Verkehrsbelastungennachgewiesenwerden. Dar¬aus kann gefolgert werden, dass die in der Dimensionierungsformeleingeführte Beziehungfürdie Untergrundtragfähigkeit (Gleichung [11]) zutreffend ist.

Die Abbildung 7 zeigt zudem, dass die Biegezugspannungen an der Unterseite der HMT bei al¬len Oberbauten des Types II annähernd gleich gross sind. Damit können diese Oberbauten auchin dieser Hinsicht als gleichwertig betrachtet werden.

16

3. VERSTÄRKUNG VON STRASSEN MIT GERINGEM VERKEHR UNDFLEXIBLEM OBERBAU

3.1 EinleitungBei der AASHO-Methodewird eine Strasse für eine bestimmte Lebensdauer bzw. für eine be¬stimmte Anzahl von Übergängen der Normachslast dimensioniert. Nach Ablauf dieses Ver¬kehrs ist die Strasse nicht zerstört. Der Befahrbarkeitsindex p ist unter den zulässigenWert ge¬sunken. Die Strasse kann nicht mehr mit genügender Sicherheit und dem notwendigen Fahr¬komfort befahren werden. Die Befahrbarkeit der Strassemuss nun durch eine VerstärkungdesOberbaus verbessertwerden.

Die Verstärkung des Oberbaus kann nach einem der folgenden Verfahrendurchgeführt werden(Abb. 8):

- Hocheinbau: Aufbringen einer oder mehrererSchichten auf den vorhandenen Oberbau- Tiefeinbau: Ersetzen eines Teils des bestehendenOberbaus durch ein Material mit einer hö¬

heren Tragfähigkeit oder Vergrösserung der Tragfähigkeit der obersten Schicht durch eine

Stabilisierung- Kombination Hocheinbau und Tiefeinbau: Erhöhung der Tragfähigkeit der obersten

Schicht des vorhandenen Oberbaus durch Ersatz oder Stabilisierung und Aufbringen einerzusätzlichen Schicht.

Abbildung8: Verfahren zur Oberbauverstärkung (14)

Zustand der bestehendenStrosse

°3•W° 0°».' -00rt

¦

o n »ü^'.v

Di

Zustand der Strossenach der Verstärkung

O.Oo'o.O'O'o0^

¦0 ,o o.O,oQ -O.0°.q,o'oOPrt°*°

Hocheinbau

OF-o .'O-p ocvo; D2

D3-D2

C"'Vo *<*

l'o -owovp.o?o.U. pUfcO o

Od» '„Opio.o.oJ&'öoTiefeinbau

'o;o,o'.o*o .o

OO'O.-^o? °P-/fa °0Q SQ.oAo,

%'¦•J<..:?

D3-D2 &'^O'«Po/O

Kombinotion

Hocheinbau undTiefeinbau

17

Zur Ermittlung der erforderlichen Verstärkungvon Strassen mit geringem Verkehr und flexi¬blem Oberbau hat Hirt (5) die zwei nachstehendenMethoden vorgeschlagen:

— Stärkenindexmethode (Abb. 9)Die zu verstärkende Strasse wird bei dieser Methode wie ein Neubau behandelt. Mit denDimensionierungsfaktorenUntergrundtragfähigkeit, Verkehr und Regionalfaktor wird derStärkenindex des Sollaufbaus (SN,) bestimmt, wofür die Dimensionierungsformel(Glei¬chung [12]) oderdas Nomogramm (Abb. 3) verwendet werden kann. Dann wird durch Son¬dierungen der Stärkenindex des vorhandenen Oberbaus (SN„) bestimmt. Die Differenz(ASN) zwischen dem Stärkenindexdes Sollaufbaus und demjenigen des bestehenden Ober¬baus ergibt den Stärkenindexfür die erforderlicheVerstärkung(ASN = SN,. - SN0).

Abbildung 9: Bestimmung der Verstärkung einerStrasse (schematisch)

Störkenindexmethode

ASN = SN-,- SNQ

DeflektionDeflektionsmethode

dm ^^w

dzui ] >^

°S°*o*Qs cto°-öo0°0°OoSN0>? 0°SNi°o:o-oio°.Q ;<2r»o.0oqvorhandenerAufbau Sollaufbau

1ASN 1 ^*v,i >

i !i i

¦

SN0 SNi Stärkenindex

- Deflektionsmethode (Abb. 9)Bei dieser Methodewird die rückfedernde (elastische) Deflektion d (im folgenden immer in1/100 mm angegeben) der zu verstärkenden Strasse unter einer Rad last gemessen, wobeidiese Messung mit dem Benkelman-Balken und unter einem Lastwagen-Zwillingsrad mit 5 t

Belastung durchgeführt wird (Abb. 10).

Abbildung 10: Prinzip der Deflektionsmessung

5f

AI

®t //ii ii ii ///////////////¦///? //7A

A

77////////

#////////// // // //[ //////// // // w // // // // // // // //

18

Die Messstellen werden in regelmässigen Abständen angeordnet, bei den einspurigen Stras¬sen z.B. alle 25 m, abwechslungsweisein beiden Radspuren. Die vielen Messwerte, welchefür einen homogenen Abschnittals normal verteilt angenommen werden, erlauben eine sta¬

tistische Auswertung (Abb. 11). Dabei wird für die Ermittlung der Verstärkungdie Deflek¬tion bei der Grenze der 90-Percentile (d + 1.3 a, d : Mittelwert, o: Standardabweichung)als massgebend betrachtet. Das Ziel der Deflektionsmethode besteht nun darin, jeneSchichtdicke zu bestimmen, welche eine Reduktion der vorhandenen massgebendenDeflektion (d + 1.3 a ) auf den zulässigenWert bewirkt. Für die Anwendung dieser Metho¬de sind aber noch die nachfolgendenProbleme weiter zu untersuchen:

— der Zeitpunktder Deflektionsmessung: Frühling oder Sommer/Herbst— die Deflektion in Abhängigkeitdes StärkenindexesSN und der Bodentragfähigkeit— die Bestimmung der zulässigen Deflektion für verschiedene Verkehrsbelastungen— die Aufstellung von Diagrammen zur Ermittlung der Verstärkung des Strassenoberbaus

nach der Deflektionsmethode.

Abbildung 11: Deflektionsmessungen (Dünzeneggstrasse, Gde. Sigriswil BE)

Q

E¦x *¦ PJ_o o" o"

0-1 ' L-

roo"

in

Ou>_ f-

dOD

oI

°1d_i_

100d7ll, = 2,10mm

E 200

300

400

£ 500

600-Abschnitt I Abschnitt IC

Abschnitt I n.

Mittelwert d(1 /100 mm)Standardabweichung er (1/100 mm)90%-Grenze ä> 1,3 cr(1./100 mm)Variationskoeffizient CV

3361285020,38

20067

2870,34

19

3.2 Der Zeitpunktder Deflektionsmessung:Frühling oder Sommer/Herbst

Die Deflektion als Mass für die Tragfähigkeit des Strassenaufbaus ist je nach Jahreszeitvon un¬

terschiedlicherGrösse. Diese saisonalen Veränderungen der Deflektion werdenvor allem durchden Frost und das Auftauen verursacht (Abb. 12).

Abbildung 12: Jahreszeitlicher Verlauf der Deflektion (schematisch)

Winter Frühling Sommer Herbst

Frost Auftauen-»• Zeit

Sommer/ Herbstdeflektion

Frühlings-deflektion

t'

Deflektion

Für die Beurteilung der Tragfähigkeit einer Strasse können entweder die Frühlings- oder die

Sommer/Herbstdeflektionenals massgebend betrachtet werden. Die Frühlingsdeflektion ist diemaximale Deflektion, die bei der kleinsten Tragfähigkeit während der Auftauperiodeauftritt.Die Ermittlung dieser maximalen Deflektion ist jedoch schwierig,denn es ist meist nicht mög¬lich, während der kurzen und nicht gut bestimmbaren Auftauperiode Messungen durchzufüh¬ren. Zudem ist die maximale Deflektion je nach Strenge des Winters von Jahr zu Jahr verschie¬den (9), was die Vergleichbarkeit verschiedener Messungen erschwert. Die im Sommer/Herbstgemessene Deflektion ist dagegen weniger von den vorhergehenden Klimaverhältnissen abhän¬

gig. Sie kann für einen bestimmten Strassenaufbau annähernd als konstante Grösse betrachtet(9) und während einer relativ langen, gut definierbaren Periode (Juni—November) durchgeführtwerden.

Aus diesen Gründen wird im weiteren die Sommer/Herbstdeflektionverwendet.

3.3 Die Sommer/Herbstdeflektion in Funktion des Stärkenindexesund der Untergrund¬tragfähigkeit

Die Grösse der Deflektion hängt, falls alle anderen Einflussfaktoren konstant sind, vom Stras-senoberbau (Dicke,Qualität) und von der Untergrundtragfähigkeit ab. Mit zunehmenderDickedes Oberbaus und zunehmenderUntergrundtragfähigkeit wird die Deflektion verkleinert.

20

3.31 Beziehungenzwischen der mittleren Deflektion d und dem StärkenindexSN

Die hier bestimmten Beziehungen zwischender mittleren Deflektion d (d = mittlere Deflektioneines homogenen Strassenabschnittes)und dem StärkenindexSN basieren auf rund 4000 Einzel¬

messungen, welche auf 116 Strassenabschnitten von rund 100 km Länge durchgeführt wurden.Die Deflektionen wurden mit dem Benkelman-Balken unter einer Radlast von 5 t (Achslastvon 10 t) gemessen. Die Messungen erfolgten in den Jahren 1972 bis 1978 jeweilszwischen Ju¬ni und Oktober. ~'.A:"_SAADie Bestimmung der Stärkenindizes SN der untersuchten Strassenabschnitte erfolgte durch

systematisch angelegte Sondierschlitze quer zur Strassenachse. Die Tragfähigkeitskoeffizientena der verschiedenen Oberbaumaterialienwurden dabei unter Berücksichtigung des Strassenzu-standes geschätzt. Bei gutem Strassenzustand wurden in Anlehnungan den AASHO Interim

Guide folgende Koeffizienten angenommen:

HMTB :a = 0.40HMT A : a = 0.34Bituminöse Stabilisierung : a = 0.20

Stabilisierung mit Kalk :a = 0.15Kies gebrochen :a = 0.14Kies rund : a = 0.11

Die Untergrundtragfähigkeit wurde in den Sondierschlitzen mit dem CBR-Handpenetrometer(Farnell Modell 244) bestimmt.Die CBR-Wertederuntersuchten Strassenabschnitte lagen zwi¬schen 0.5 und 5% mit einem Mittelwert von 2.5% (genau 2.42%). Dies entspricht einem S-Wert nach AASHO (9) von 3, also der Tragfähigkeit des Untergrundesdes AASHO-Tests.

Die Abhängigkeit der mittleren Deflektion d" (Sommer/Herbst) vom StärkenindexSN wurde

durch die folgenden Regressionskurven ermittelt:

Potenzfunktion : d = 992 ¦ SN"1-155 r =-0.947 [13]

Exponentialfunktion : d = 655 ¦ 0.768SN r = -0.882 [14]

In der Abbildung 13 sind die Regressionskurven dargestellt. Die hohen Korrelationskoeffizien¬ten von r = —0.947 bzw. —0.882 weisen auf eine gute Korrelation zwischen der Deflektion dund dem StärkenindexSN hin. Die Potenzfunktionist den gemessenen Werten besser angepasstals die Exponentialfunktion, was aus dem höheren Korrelationskoeffizienthervorgeht. Im wei¬teren wird deshalb nur noch die Gleichungder Potenzfunktion[13]- verwendet.

21

Abbildung 13: Mittlere Deflektion d (Sommer/Herbst)in Funktion des Stärkenindexes, Strassen mit geringemVerkehr

d=992-SN~1'155 (13) r=-0,947 n-116

— d ^6 5 5-0,768 SN (14) r=-0,882 n=116+ Mittlere Deflektion eines Strossenabschnittes

Untergrund; CBR=2,5% (S=3)Deflektion bei 10t-Achslast

800-

700-

e 600

o? 500-

400-o

* +

s= 300

S 200"•k+++

+ +-.+H ++100-

10 11 12 131 r

8 9Stärkenindex SN

In der Abbildung 14 werden die gefundene Regressionsgleichung [13] mit einer aus demAASHO-Strassentestermittelten (15) und einer von Giudicetti (9) für schweizerische Hauptver-kehrsstrassen abgeleiteten Regression verglichen. Die Gleichung aus dem AASHO-Strassentestist eine Exponentialfunktion, die Regressionsgleichung von Giudicetti dagegen eine Potenz¬funktion. Sie gelten für Sommer/Herbstdeflektionenund für schlechte Untergrundverhältnisse.Aus diesem Vergleich kann folgendes festgestellt werden:

22

Abbildung 14: MittlereDeflektion ~d (Sommer/Herbst)in Funktion des Stärkenindexes

800-

700-

E 600-EO2 500-

i-o 400-c

i 300-I—

•4-

Q 200-

•100-

AASH0 : d=397- 0,879 SNr =

Giudicetti :d=579-SN"1'1**9 r =¦

Strassen d =992- SN"1,155 (13) r = ¦

mit geringemVerkehr

Untergrund

0,995 S=3

0,818 schlecht

0,947 CBR= 2,5% (S=3)

\

—r-

2—r—

3—r-

4-r-

5—T-

6~i 1 r—

7 8 9Stärkenindex SN

—i—10

—r-11

i12 13

Die Regressionskurve von Giudicetti und diejenige für Strassen mit geringem Verkehr ha¬

ben einen ähnlichen Verlauf. Im doppellogarithmischen Massstab dargestellt, sind diesebeiden Kurven praktisch parallele Geraden.

Bei gleichem Stärkenindexergibt die Kurve von Giudicetti kleinere Deflektionen als dieje¬nige für Strassen mit geringem Verkehr, was wahrscheinlich auf die höhere Untergrundtrag¬fähigkeitbei den von Giudicetti untersuchten Strassen zurückzuführenist.

Die Regressionskurve aus dem AASHO-Test ergibt für Stärkenindizes SN > 3 grössere De¬flektionen als die Kurve für Strassen mit geringem Verkehr. Sie weist zudem einen flache¬ren Verlauf auf. Diese Unterschiede sind wahrscheinlich auf die besonderen Verhältnissedes Versuches, auf die unterschiedliche Art der Deflektionsmessungund auch auf die zumTeil anderen Annahmen betreffend die Tragfähigkeitskoeffizienten a der Baustoffe zurück¬zuführen.

Die gemessenen Deflektionen wurden auch mit berechnetenWerten verglichen. Die theoreti¬schen Berechnungsmethoden basieren auf den Grundformeln von Burmister (16). Die Deflek¬tionen für verschiedene Oberbauten wurden nach dem Zwei- bzw. Dreischichtensystem von

Kirk (17, 18) und mit dem Chevron-Fünfschichtenprogramm (19) berechnet. Die Resultatesind mit der Regressionskurve für Strassen mit geringem Verkehr (Gleichung [13]) in der Ab¬

bildung 15 dargestellt. Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen den gemessenen De¬

flektionen der Regressionskurve und den nach Kirk bzw. nach dem Chevron-Fünfschichtenpro¬gramm berechnetenWerten.

23

Abbildung 15: Deflektion d~in Funktion des Stärkenindexes, Untergrund: CBR «* 2.5 %

Strassen mit geringem Verkehr: d = 992 * SN -1.155 [13]

—o— Kirk:

*

obere Kurve untere Kurve

Ei =100 000, 100 000 kg/cm2 (HMTA)

E2 = 2 000, 2 500 kg/cm2 (Kies)

E3 = 200, 250 kg/cm2 (Untergrund)Oo = 1 kg/cm2 r = 15 cm

5-Schichten: Ei = 100 000 kg/cm2 (HMTA)

E2 = 1 120 (a,+a2+a3)os8 (Kies)

E3 250 kg/cm2 (Untergrund)Oo 7 kg/cm2,r = 10,66cm

800-i

700

E 600-EO2 500-

i*o 400-c

| 300H

§ 200-

100-

0

0 3,75 7,5 730 30 30 40

15 1030 50

Oberbau

30cm HMTA (a=0,34)50 cm Kies (a=0,11)

T>

-ar ro-o.^

--*

«»-¦^¦¦sQ-1 1 T 1 1 1 1 1 12 34 5 6 7 89 10

Stärkenindex SN11 12 13 14

24

3.32 Die mittlere Deflektion d in Funktion des Stärkenindexesund der Untergrundtrag¬fähigkeit

Die im Abschnitt 3.31 ermittelteGleichung[13] ergibt die mittlere Deflektion in Funktion des

Stärkenindexes, sie ist aber nur für eine Untergrundtragfähigkeit mit einem CBR-Wert von

2.5 % gültig. Im folgenden wird nun diese Gleichung[13] auf eine beliebigeUntergrundtragfä¬higkeit erweitert:

Diese Erweiterungstützt sich auf die beiden bekannten Gleichungen:

2.67 • (W • R)0-1068SN = — 2 54

1Q0.1647 «log CBR-0.0655 [12]

d = 992-SNMlss (Untergrund: CBR = 2.5%)CBR=25%

Für einen CBR-Wert von 2.5 % wird die Gleichung[12]:

[13]

SN = 2.67 (W- R)°*io68 -2.54CBR=25%

[15]

Durch Umformender Gleichung[15] und Einsetzen in die Gleichung[12] ergibt sich:

SNCBR=+2.54SN = 2.5%

1 QO .1647losCBR-0.0655-2.54 [16]

Durch das Auflösen der Gleichung[16] nach SNrRR= wirdCBR=2.5 %

SNCBR= = (SN + 2.54) ¦ io0*1647lo9CBr-0-°65S - 2.542.5%

[17]

Durch Einsetzen der Gleichung[17] in die Gleichung[13] folgt:

d = 992 [(SN+2.54) ¦ ioOJ647l°9CBR-°-06SS- 2.54]1.155

[18]

Die Gleichung[18] stellt nun die gesuchte Beziehungder mittleren Deflektion d (1/100mm)in Funktion des Stärkenindexesund der Untergrundtragfähigkeit dar. Dieser Zusammenhangist für verschiedene Werte der Untergrundtragfähigkeit in der Abbildung 16 graphisch darge¬stellt.

25

Abbildung 16: Mittlere Deflektion d (Sommer/Herbst) in Funktion des Stärkenindexes und der Untergrund¬tragfähigkeit, Strassen mitgeringem Verkehr

800

700

d=992KSN+2,54^1C•0'16'•7'C,CBR-0.0655 -1.155 "JZ,54600

Defektion bei 10t Achslast

500

400

300

250

i 200

150

100

90

80

70

60

50

40

30158 9 104 5 6

Stärkenindex SN

26

Zur Überprüfung der Gleichung[18] wurden die Regressionskurven für Aufbauten auf schlecht

tragfähigem Untergrund mit CBR-Wertenvon 0.5 bis 1.5 % (Mittelwert 1.2 %) und besser trag¬fähigem Untergrund mit CBR-Werten von 4.0 bis 5.0% (Mittelwert 4.6%) bestimmt. Diese

Regressionskurven der gemessenen Werte wurden mit den nach der Gleichung[18] berechne¬

ten Kurven für die beiden Mittelwerte der Untergrundtragfähigkeit von 1.2 % bzw. 4.6 % CBR

verglichen (Abb. 17). Aus der guten Übereinstimmung kann gefolgert werden, dass für einen

Untergrundtragfähigkeitsbereich von 1-5% CBR die nach der Gleichung [18] berechneten

Deflektionen den Feldwertenweitgehend entsprechen.

Abbildung 17: Mittlere Deflektion d in Funktion des Stärkenindexes für Untergrundtragfähigkeiten von 1.2 %

rsp. 4.6 % CBR

700

600

500-

400

E 300EOO 250•^^—¦—'

l-o 200co^»

JC0> 1500>Q

100

90

80

70

60

nach Gleichung (18) berechnete

Kurven

egres rve

253* SN-1'171667- SN-1»008-Achslast

CB

CBRDef 10ek be

CBR

fc

N

104 5 6 7Störkenindex SN

27

3.33 Die massgebende Deflektion dm in Funktion des Stärkenindexesund der Unter-

gr undtragfähigkeit

Aus wirtschaftlichen Gründen kann die Verstärkung einer Strasse nicht auf die grössteDeflek¬tion — die Stelle schwächster Tragfähigkeit — dimensioniert werden. Es werden eine Anzahl

Werte toleriert, welche die für die Ermittlung der Verstärkungmassgebende Deflektion über¬

schreiten.

Bei Strassen mit geringem Verkehr wird für die Ermittlung der Verstärkungdie Deflektion bei

der Grenze der 90-Percentile (dm = cT+ 1.3 a) als massgebend betrachtet. Für diese massgeben¬de Deflektion wurde nachstehendeBeziehungzwischen Deflektion und Stärkenindexdurch die

Berechnung einer Regressionsgleichung bestimmt,welche die Form einer Potenzfunktionhat:

dm = 1580-SN-1-195 r =-0.948 [19]

Die Gleichung [19] gilt nur für die Untergrundtragfähigkeit von CBR = 2.5 %. Nach demselbenVerfahrenwie im Abschnitt 3.32 kann sie auf beliebige Werte der Untergrundtragfähigkeit er¬

weitert werden, woraus sich folgende Gleichungergibt:

dm = 1580 [(SN + 2.54) • 100-1647 los CBR - °-°6«-2.54] [20]

Diese Gleichung[20] bildet die Grundlagefür die Berechnung der zulässigen Deflektion und fürdie Aufstellung von Verstärkungsdiagrammen.Sie ist in der Abbildung 18 für verschiedeneWerte der Untergrundtragfähigkeit dargestellt.

28

Abbildung 18: Massgebende Deflektion dm = d + 1.3 o in Funktion des Stärkenindexes und der Untergrund¬tragfähigkeit, Strassen mitgeringem Verkehr

1000

900[20] dm= 1580 rjsN + 2,54)-10°''6"i<"jCBR-o,0655-2,54] 1<1

800Deflektion bei 10t-Achslast

700

600

500

400

300

250

i-ö

"_ 200

«150Q

100

90

80

70

60

5015104 5 6

Stärkenindex SN

29

3.4 Zulässige Sommer/Herbstdeflektionen

Die zulässige Sommer/Herbstdeflektiondzu| wird in Funktion des GesamtverkehrsW in Norm¬

achslasten von 8.2 t und des Regionalfaktors R angegeben. Dabei wird nicht die mittlere

Deflektion d", sondern diejenigebei der Grenze der 90-Percentile (d"+ 1.3 a) berücksichtigt.

Die Ermittlung der Gleichung der zulässigen Sommer/Herbstdeflektion in Funktion des Ver¬

kehrs und des Regionalfaktors basiert auf den beiden nachstehenden Gleichungen:

SN =

2.67 (W - R)0-10681Q0.1647-log CBR -0.Q65S

-2.54 [12]

dm = 1580 [(SN + 2.54) • I0°-1647,|og CBR -°-06SS- 2.54]—1.195

[20]

Durch Einsetzen der Gleichung[12] in die Gleichung [20] ergibt sich für die zulässige Deflek¬

tion folgende Formel:

dzu, = 1580 [2.67 (W ¦ R)»-"«» - 2.54]-1.195

[21]

In der Abbildung 19 sind für geringe Verkehrsbelastungenund für drei Regionalfaktoren(R = 1.0, 1.5, 2.0) die mit der Gleichung [21] berechneten zulässigen Sommer/Herbstdeflek¬tionen dzu| angegeben. Daraus geht hervor, dass für Strassen mit geringem Verkehr die zuläs¬

sigen Sommer/Herbstdeflektionen je nach Verkehrsaufkommenund Regionalfaktor zwischenca. 300 und 130 1/100 mm liegen

Abbildung 19: Zulässige Sommer/Herbstdeflektiondzu/ in Funktion des Verkehrs und des Regionalfaktors,Strassen mit geringem Verkehr

-.-1.195 r -,

d2ul M580[2,67(WR)°-1068 -2,54j [_2IJ400

Deflektion bei 10t-Achslast300

- 250 -

§ 200

R = 1,0150R =1.5R =2,0

1004 5 6 7 8 9 105 6 7 8 9104

Gesamtverkehr W in Normachslasten von 8,2t

30

3.5 Bestimmungdes StärkenindexesA SN der Verstärkungnach der Deflektionsmethode

Wie bei der Stärkenindexmethode wird auch hier die erforderliche VerstärkungA SN aus der

Differenz zwischen dem Stärkenindexdes Solloberbaus (SN!) und demjenigen des vorhande¬nen Oberbaus (SN0) gebildet, also:

ASN= SN, -SN0

Der Stärkenindex SN, des Solloberbaus wird mit der Dimensionierungsformel(Gleichung[12]) berechnet:

2.67 (W • R)0-1068„

•

SNx =,

'-2.54 12

1

1 Q0.1647logCBR - 0:0655

Der Stärkenindex SN0 des vorhandenen Oberbaus wird aufgrund seiner Deflektion nach der

Formel [22] bestimmt,welche aus der Gleichung[20] durch Auflösen nach SN erhalten wird:

474.94 ¦ d _0-8368 + 2.54SN0= - = -2.54 [22]

-|Q0.1647*log CBR - 0.0655

Durch Subtraktion der Gleichung [22] von der Gleichung [12] ergibt sich die Gleichung für

den StärkenindexA SN der erforderlichenVerstärkung:

ASN =

2.67 (W pj|0.1068_ 474g4 ¦ q! --0.8368_-2.54

-] Q0.1647-Iog CBR -0:0655 [23]

Mit dieser Gleichung[23] kann nun der StärkenindexA SN der erforderlichen Verstärkungin

Funktion der massgebenden Deflektion dm (1/100 mm), des GesamtverkehrsW, des Regional¬faktors R und der Untergrundtragfähigkeit CBR % direkt berechnet werden.

Mit der Gleichung [23] könnenauch Verstärkungsdiagramme aufgestellt werden. In den Abbil¬

dungen 20 bis 23 sind vier solche Beispiele für die Untergrundtragfähigkeit von CBR = 1 %,2.5%, 5%, 10% und für den Regionalfaktor R = 1.5 angegeben. Daraus lässt sich nun der

StärkenindexASN der erforderlichen Verstärkung in Funktion der massgebenden Deflektion

dm und des GesamtverkehrsW ermitteln. Für abweichende Regionalfaktoren enthalten die Dia¬

gramme Korrekturwerte.

Der StärkenindexA SN der erforderlichen Verstärkungkann auch mit den beiden Diagrammender Abbildungen 18 und 19 wie folgt bestimmt werden:

31

Aus dem Diagramm der Abbildung 19 wird zuerst die zulässige Deflektion dzu| in Funk¬

tion des GesamtverkehrsW und des Regionalfaktors R bestimmt.Das Diagramm der Abbil¬

dung 18 liefert aus der so bestimmten zulässigenDeflektion und dem CBR-Wertdes Unter¬

grundes den Stärkenindex SNt des Solloberbaus. Im gleichen Diagramm wird aus der

vorhandenen massgebenden Deflektion dm und dem CBR-Wertdes Untergrundesder Stär¬kenindex SN0 des vorhandenen Oberbaus bestimmt. Die erforderlicheVerstärkungA SN

ist die Differenz zwischen SNi undSN0.

32

Abbildung20: Stärkenindex A SN der Verstärkung in Funktion der massgebenden Deflektion dm und des Ge¬

samtverkehrs W, Regionalfaktor R = 1.5, Untergrundtragfähigkeit CBR = 1.0 %

1000

900

800

700

600EEOO 500•^

\*- 4 50*"—'*

bro 4 00•r-

+i-o 350

II

ETJ 300Co4_JS0> 250»?—

0>Q

200

150

130-

ä

CB

2 3 4 5Stärkenindex A SN der Verstärkung

Korrekturwertefür R == 1.5

R = 1.0

ASN-0.45

R = 2.0

ASN+0.30

33

Abbildung 21: Stärkenindex A SN der Verstärkung in Funktion der massgebenden Deflektion dm unddes Ge¬samtverkehrs W, Regionalfaktor R = 1.5, Untergrundtragfähigkeit CBR =2.5 %

1000

900

800

700

600

500

450

b 400K>

+ 350i-o

E 300TJ

250CBR

Q

200

150

1302 .3 4 5

Stärkenindex ASN der Verstärkung

Korrekturwertefür R ¥= 1.5

R = 1.0 R = 2.0

A SN - 0.40 ASN+0.30

34 -

Abbildung22: Stärkenindex A SN der Verstärkung in Funktion der massgebenden Deflektion dm und des Ge¬

samtverkehrs W, Regionalfaktor R = 1.5, Untergrundtragfähigkeit CBR =5%

1000

900

800

700

600

UIUJ 500oo 450^1——*» 400broT-" 350+ITJ

II

F 300TJ

Co'^ ?50JCa>«*-VQ

200

150

130

8

CBR

0 2 3 4 5

Stärkenindex A SN der Verstärkung

Korrekturwertefür R == 1.5

R = 1.0

ASN-0.35

R = 2.0

ASN+0.25

35

Abbildung23: Stärkenindex A SN der Verstärkung in Funktion der massgebenden Deflektion dm und des Ge¬samtverkehrs W, Regionalfaktor R = 1.5, Untergrundtragfähigkeit CBR =10%

1000

QOOo/¦°J o/«o/ ,9 o/ o

o/ o)fo/o/P/.o/o/ oO/ Oi

i

800

" 1 £>/ *•

/ "¦Vi/ to/O/O/ "/ O/"o/o/ <o/ o/

700/

600

100l Ji

C

0

c

(1/D

C

3

C

b ^v

ro

+ITJ

II

TJ

co

Oeflek CBR =

R=1,!

107c>

•fSO

130C) >I 2> $ c^ c <3

Stärkenindex ASN der Verstärkung

Korrekturwertefür R =£ 1.5

R = 1.0

ASN-0.30

R = 2.0

ASN+0.20

36

DIMENSIONIERUNGSPARAMETER

4.1 Untergrundtragfähigkeit

4.11 Bedeutung der Untergrundtragfähigkeit als Dimensionierungsparameter

In der Dimensionierungsformel(Gleichung [12]) und im Dimensioneriungsnomogramm(Abb.3) für flexible Aufbauten wird die Untergrundtragfähigkeit als CBR-Wert eingegeben. Dabeiwird der Mittelwert aus den örtlich streuenden CBR-Werten berücksichtigt, wobei die Un-

gleichmässigkeit in der Untergrundtragfähigkeit ein bestimmtes Mass (Variationskoeffizient:CV = 0.4 bis 0.5) nicht überschreiten darf.

Die Untergrundtragfähigkeit hat bei Strassen mit flexiblem Oberbau einen wesentlichen Ein¬

fluss auf den Stärkenindex und somit auf die Dicke des Oberbaus. Dies ist besondersausge¬

prägt bei Böden mit schlechter Tragfähigkeit, d.h. mit einem CBR-Wert von weniger als 5%

(Abb. 24).

Abbildung 24:Einflussder Untergrundtragfähigkeit auf den Stärkenindex (gemäss Gleichung[12])

10-

-oc

9-

8-

7-

6-

'° 5Hto

W = 100'000

R = 1,5

-r— 1 1 1 1 1 1 1 1 1—2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

UntergrundtragfäHigkeit CBR %

Für CBR-Werte grösser als 10 % wirkt sich dagegen die Untergrundtragfähigkeit nur noch ge¬ringfügig auf den Stärkenindexaus. Somit ist vor allem bei schlechter Untergrundtragfähigkeiteine präzise Bestimmungdes CBR-Wertes erforderlich.

4.12 Untersuchung der bodenmechanischen Eigenschaften von drei typischen Böden desMittellandes

Die folgenden Bodenuntersuchungen wurden im Hinblick auf die Entwicklung eines einfachenVerfahrens zur Bestimmung der Untergrundtragfähigkeit ausgeführt. Als Arbeitshypothesewurde angenommen, dass der im Labor bei natürlichem Wassergehalt ermittelte CBR-Wert

37

praktisch dem Feld-CBR-Wert entspricht. Im weiteren wurde auch davon ausgegangen, dass

die Böden im Feldzustand nahezu wassergesättigtsind und ohne Wasserentzugnur noch gering¬fügig verdichtet werden können.

Es wurden dafür die in Tabelle 1 angegebenen typischen Böden des Mittellandes im Felde und

Labor untersucht (Kornverteilungen siehe Anhang). Die untersuchten Böden kommen in Morä¬

nen und Molasseschutt vor, welche für grosse Teile der land- und forstwirtschaftlichgenutztenGebiete des schweizerischen Mittellandesdie geologische Unterlage bilden.

4.121 Bodenmechanische Kennziffern der Böden im Felde

Die Eigenschaften der Böden im Felde wurden bei ungestörter Lagerung im Einschnitt und bei

gestörter Lagerung auf der Dammschüttung bestimmt. Daraus ergeben sich die nachstehenden

Folgerungen (vgl. auch Tabelle 1):

- Der Feldwassergehalt liegt in den untersuchten Böden bedeutend höher als der optimaleVerdichtungswassergehalt nach Praetor; entsprechendeinem Sättigungsgrad von 85—90%sind sie nahezu wassergesättigt. Die getroffene Annahme der Wassersättigung der Böden ist

somit richtig.- Bei den untersuchten tonigen Böden (CL, SC-CL, GC-CL) stimmt das Trockenraumge¬

wicht bei gestörter Lagerung (Dammschüttung) mit demjenigen bei ungestörter Lagerung(Einschnitt)überein.

- Trotz praktisch gleichem Trockenraumgewicht ist bei den tonigen Sanden mit viel Feinan¬

teilen (SC-CL) die Tragfähigkeit (CBR-Wert) bei gestörter Lagerung bedeutend kleiner als

bei ungestörter Lagerung. Dies dürfte von einer Veränderung der Struktur des Bodens her¬

rühren.

4.122 Verdichtungsverhalten der Böden bei natürlichem Wassergehalt

Im Labor wurde der Einfluss der Verdichtungsenergie auf das Trockenraumgewicht und den

CBR-Wert der Böden bei natürlichem Wassergehalt untersucht. Die Verdichtung erfolgte in

fünf Schichten (CBR-Topf; Fallgewicht 4.54 kg; Fallhöhe 45.7 cm), wobei die Schlagzahl proSchicht wie folgt variiert wurde:

Schlagzahlpro Schicht

12

25

55

Verdichtungsenergiekg • cm/cm3

Bezeichnung

5.4 Praetor Standard

11.3 Verdichtung5/2524.9 • Praetor modified

38

Tabelle 1: Kennziffern der untersuchten Bödenim Feldzustand

uscs Geotechnische

BezeichnungKonsistenz

grenzen

Feldzustand Verdicht.nachProctor

Herkunft

:wL WP *P Lagerung Wnat Sr Yd CBR Wopt^op

CL siltigerTon 27.2 14.7 12.5 ungestört(Einschnitt)

19.5 89.2 1.67 1.4 14.1 1.87 Fällanden

SC-CL1toniger Sandmit viel Fein¬anteilen

25.2 18.0 7.2

ungestört(Einschnitt) 20.0 86.4 1.65 2.3

12.3 1.89 Uffikon

gestört(Damm)

20.5 87.1 1.64 1.1

SC-CL2toniger Sandmit viel Fein¬anteilen

23.0 14.8 8.2

ungestört(Einschnitt) 18.5 85.2 1.69 5.6

13.3 1.83 Altishofengestört(Damm)

19.3 90.4 1.70 2.1

GC-CLtoniger Kiesmit viel Fein¬anteilen

26.3 15.5 10.8ungestört(Einschnitt) 14.5 85.5 1.86 6.6 10.7 2.03 Zollikerberg

Uffikon

Altishofen

Bezeichnungen:

wLwp

Ipw,natSr

7dW

y*.optopt

Rliessgrenze(%)Ausrollgrenze (%)Plastizitätsindex (%)nat. Wassergehalt (%)Sättigungsgrad (%)

Trockenraumgewicht (t/m )opt. Wassergehalt (%)opt. Trockenraumgewicht (t/m )

39

Tabelle 2: Zusammenstellungder Resultate der Bodenuntersuchungenim Feldund Labor

USCS Zustand der Böden wnat (%) 7d(t/m3) CBR (%)

Feldzustand ungestört 19.5 1.67 1.4

CL Verdichtung 12 Schläge 19.7 1.70 1.5im Labor 25 Schläge 20.0 1.69 1.3

55 Schläge 19.7 1.69 1.3

Feldzustand ungestört 20.0 1.65 2.3gestört 20.5 1.64 1.1

SC-CL1 Verdichtung 12 Schläge 19.5 1.68 1.2im Labor 25 Schläge 19.8 1.67 1.0

55 Schläge 19.8 1.67 0.8


gestört 19.3 1.70 2.1

SC-CL2 Verdichtung 12 Schläge 19.4 1.71 2.3im Labor 25 Schläge 19.3 1.71 1.8

55 Schläge 19.3 1.70 1.7


GC-CL Verdichtung 12 Schläge 14.1 1.87 2.2im Labor 25 Schläge 14.0 1.86 1.6

55 Schläge 14.0 1.87 1.5

1 Uffikon2 Altishofen

Die Ergebnisse aus den Verdichtungs- und CBR-Versuchenim Labor sind in Tabelle 2 mit den

entsprechendenFeldwertenangegeben. Daraus geht folgendes hervor:

— Erwartungsgemäss konnte durch die Verdichtung im Labor das Trockenraumgewicht ydder untersuchten Böden nicht oder nur geringfügigerhöhtwerden; infolge des hohen Was¬

sergehalteslassen sich diese Böden praktisch nicht mehr verdichten.

— Beim siltigen Ton (CL) stimmt der Labor-CBR-Wert gut mit dem Feldwertbei ungestörterLagerungüberein.

— Die SC—CL Böden und der GC—CL Bodenweisen trotz gleichem Trockenraumgewicht im

Felde bei ungestörter Lagerung einen bedeutend höheren CBR-Wert als im Labor auf.

— Bei den SC-CL Böden entspricht der Labor-CBR-Wert ungefähr demjenigen im Felde bei

gestörter Lagerung.— Tendenzmässig nimmt bei allen Böden der Labor-CBR-Wert mit zunehmender Verdich¬

tungsenergie ab.

40

4.123 Folgerungenfür das Tragfähigkeitsverhalten

Aufgrund dieser Bodenuntersuchungen können nachstehendeSchlüsse gezogenwerden:

— Der im Labor bei natürlichem Wassergehalt ermittelteCBR-Wert stimmt nicht in allen Fäl¬len mit dem im Felde gemessenen CBR-Wert überein. Die Arbeitshypothese(Labor-CBR-Wert bei Wnat = Feld-CBR-Wert) konnte nur zum Teil bestätigt werden, so dass der Labor-

CBR-Wert bei natürlichem Wassergehalt nur bedingt für Dimensionierungszweckeverwend¬bar ist.

— Durch Stören der natürlichen Bodenstruktur kann sich für bestimmte Böden, insbesondere

den SC—CL Böden, eine erhebliche Verminderung der Tragfähigkeit ergeben.— Das Verdichtendieser wassergesättigten Böden ist ohne Austrocknung nicht sinnvoll, denn

dadurch kann sich anstatt der angestrebten Erhöhung sogar eine Verminderung der Unter¬

grundtragfähigkeit ergeben. Die Ursache dieser Tragfähigkeitsverminderung dürfte in der

Zerstörung der Bodenstrukturoder im Auftreten von Porenwasserspannungen liegen.— Eine Verbesserungder Tragfähigkeitseigenschaften dieser Böden kann nur durch eine Aus¬

trocknung (Kalk) und Verdichtungerreicht werden.

4.13 Vorschlag für die Ermittlung der Untergrundtragfähigkeit bei der Dimensionierungvon Strassen mit geringem Verkehr

Wie im Abschnitt4.12 angegeben, kann der im Labor bei natürlichem Wassergehalt ermittelteCBR-Wert nicht ohne weiteres für die Dimensionierungdes Strassenoberbaus verwendet wer¬

den. Der Feld-CBR-Versuch ist materialaufwendig, umständlichund zudem bei schlecht trag¬fähigem Untergrund nur schwer durchführbar, so dass er für die Bestimmungder Untergrund¬tragfähigkeitin der Praxis ungeeignet ist.

Zur Bestimmungder Untergrundtragfähigkeit bei der Dimensionierungvon Strassen mit gerin¬gem Verkehr wird deshalb das in Tabelle 3 dargestellte Verfahren vorgeschlagen. Das Verfah¬ren zur Bestimmung der Untergrundtragfähigkeit ist in Abhängigkeitder Untergrundverhält¬nisse angegeben. Der Untergrund wird je nach Bodentyp und Tragfähigkeit in drei Klassen un¬

terteilt, wobei für jede Klasseein gesondertes Vorgehen bei der Dimensionierungangegeben ist.

41

Tabelle 3: Bestimmung der Untergrundtragfähigkeit und des Vorgehensbei der OberbaudimensionierunginAbhängigkeitder Untergrundverhältnisse

Untergrund Verfahren zur Ermittlungder Untergrundtragfähigkeit

Dimensionierung

feinkörnige Böden, Sandeund Kiese mit viel Fein¬anteilen (USCS :CL,CH,ML, MH, OL, OH, SC-CL,SM-ML, GC-CL,GM-ML)

CBR-Wert < 10%(nicht oder kaum mitLastwagen befahrbar)

Ermittlung des CBR-Wertes mit dem Farnell-Handpenetrometer

Bestimmung des Stärken¬indexes SN mit derDimensionierungsformel(Gleichung 12) bzw.dem Dimensionierungs¬nomogramm (Abb. 1)

Sande, Kiese mit vielFeinanteilen (USCS : SW,SP, SM, SC, GC-CL,GM-ML)

10 %< CBR-Wert < 20%(mit Lastwagen befahrbar)

Ermittlung der elastischenDeflektion mit demBenkelman-Balken

Vorgehen wie bei einerOberbauverstärkung:Bestimmung von ASN mitdem Verstärk ungsdiargrammfürCBR= 10%(Abb.18)

Kiese mit wenig Feinan¬teilen (USCS : GW,GP,GC,GM)

CBR-Wert >20%

Ermittlung der Unter¬

grundtragfähigkeitnichterforderlich

Wahl einer geeignetenDeckschicht

42

4.2 Verkehr

Der Oberbau einer Strasse wird für eine bestimmte Lebensdauer (Dimensionierungszeitraum,Gebrauchsdauer)dimensioniert. Als Lebensdauer wird jene Zahl von Achslastübergängen defi¬

niert, bei der die Endbefahrbarkeit(p = 1.5) erreicht wird ohne dass dabei mehr als der norma¬

le Unterhalt notwendig ist. Bei Erreichung der Endbefahrbarkeitmuss die Strasseerneuert wer¬

den. Diese Erneuerung besteht in der Verstärkung des Oberbaus und der Wiederinstandstel-

lung der Ebenheitder Fahrbahn.

Der Dimensionierungszeitraumwird für die National-, Staats- und Gemeindestrassenim Prinzipauf 20 Jahre (2) festgelegt. Innerhalb dieses Zeitabschnittes kann der zukünftige Verkehr mit

genügender Genauigkeit geschätzt werden, sofern in diesem Zeitraum keine wesentlichen Ände¬rungen in der Bedeutung der Strasse eintreten.

Bei den Strassen mit geringem Verkehr, insbesondere den Wald- und Güterstrassen kann der

Dimensionierungszeitraumlänger gewähltwerden. Der Verkehr auf diesen Strassen setzt sichzur Hauptsache zusammen aus dem Baustellenverkehr sowie den Transporten für die Forst-und Landwirtschaft, welche sich langfristig nur wenig ändern und somit relativ leicht vorausbe¬stimmbare Grössen sind (gegebenes Strassennetz, gegebene Nutzung). Zudem ist bei den Wald-und Güterstrassen die Gefahr der schnellen technischen Überalterung kaum vorhanden.

Für die Strassen mit geringem Verkehr wird darum ein Dimensionierungszeitraumvon 40 Jah¬ren (5) vorgeschlagen. Diese Bezugsperiodeist in erster Linie als Berechnungsgrösseanzusehen.Die Berechnungszeit spielt keine derart massgebende Rolle, weil der praktisch zeitunabhängigeBaustellenverkehr zwischen 40 und 60 Prozent des Gesamtverkehrsausmacht, d.h. die Grössedes Stärkenindexeswird vor allem durch den Baustellenverkehr bestimmt.

Für die Dimensionierung muss der voraussichtlichauftretende Verkehr in eine, der schädigen¬den Wirkung entsprechende, gleichwertige Anzahl von Durchgängen der Normachslast von8.2 t umgerechnet werden. Diese Umrechnung erfolgt anhand der im AASHO-Test abgeleitetenLastäquivalenzfaktoren, mit welchen die Schadenwirkung der verschiedenen Achslasten auf

jene der Normachslast umgerechnet werden kann. Dieser Normachslastwird ein Lastäquiva¬lenzfaktor bzw. Schadenfaktorvon eins zugeordnet.

4.21 Die Lastäquivalenzfaktoren e für eine Endbefahrbarkeitvon p = 1.5 und Strassen mit

flexiblem Oberbau

Die folgenden nach dem Verfahren der AASHO Interimsrichtlinien(8) hergeleiteten Bezie¬

hungen zur Ermittlung der Lastäquivalenzfaktoren e gelten für eine Endbefahrbarkeit von

p = 1.5 und Strassen mit flexiblem Oberbau. Als Bezugs- bzw. Normachslastwird dabei ent¬

sprechenddem vorhergehendendie Einzelachslastvon 8.2 t angenommen.

Die Grundlage dieser Herleitung bildet die Gleichung [6] (Abschnitt 2.2), welche den VerkehrW in Funktion des StärkenindexesSN, der Achslast L und der Achsanordnung A angibt:

43

logW = 5.93+ 9.36 log (SN+2.54)+4.33log A- 9.36 log 2.54 - 4.79 ¦ log (2.2 L + A)

Für die Normachslastvon 8.2 t (L = 8.2 t, A = 1) wird die Gleichung[6] zu:

logW8.2 = 5.93+ 9.36 log (SN+2.54)-9.36log 2.54-4.79 log (18+ 1;

oder

[6]

W;8.2IQ5-93 • (SN + 2.54)9-36254936 . (18 + 1)4.79

Für irgendeine EinzelachslastX ergibt sich mit L = X und A = 1 aus Gleichung[6] nachstehen¬de Beziehung:

log WEX = 5.93 + 9.36 log (SN + 2.54) - 9.36 log 2.54 - 4.79 • log (2.2 X + 1)

oder

WEX105-93 SN + 2.54)9-362.549-36 (2.2 X + 1 )4-79

Das Verhältnis von W8-2 zu W-r^ ergibt:

2.2X+1 -V-V^W8.2

e-r =

W 18 + 1EXX in Tonnen [24]

Diese Gleichung stellt die Beziehungzwischen irgendeiner EinzelachslastX und der Normachs¬last von 8.2 t dar. Sie ist somit die gesuchte Formel zur Ermittlung der LastäquivalenzfaktoreneE der verschieden schweren Einzelachslasten.

Für irgendeine TandemachslastX (L = X und A = 2) wird die Gleichung[6] zu:

log WTX = 5.93 + 9.36 log (SN + 2.54) + 4.33 log 2 - 9.36 log 2.54 - 4.79 • log (2.2 X + 2)

oder

WTX105*93 • (SN+2.54)9-36 •24-332.Ö49-36 • (2.2 X + 2)4-79

Das Verhältnis zwischen W8.2 und WjX ergibt nachstehende Formel zur Bestimmung der

Lastäquivalenzfaktoren ej der verschieden schweren Tandemachslasten:

44

4.792.2X+ 2W8.2

eT 4.3318 + 1WTXX in Tonnen [25]

In der Tabelle 4 sind die mit den Gleichungen [24] und [25] ermittelten Lastäquivalenzfakto¬ren für Einzel- und Tandemachslastenvon 1 bis 20 t angegeben. Es zeigt sich, dass für eine End¬befahrbarkeit von p = 1.5 die Lastäquivalenzfaktoren bzw. die Schadenwirkung derAchslasten

ungefähr in der 4.5ten Potenz mit dem Gewicht der Achsen zunehmen. Dabei ergebendie Tan¬

demachslasten, infolge der besseren Lastverteilung, bedeutend kleinere Faktoren und damiteine geringere Schadenwirkung als die Einzelachslasten.Aus den Werten dieser Tabelle geht zu¬

dem hervor, dass die Einzel- bzw. die Tandemachslasten kleiner als 2 t bzw. 4 t so geringe Last¬

äquivalenzfaktoren ergeben, dass sie vernachlässigtwerden können.

Tabelle4: Lastäquivalenzfaktoren e für eine Endbefahrbarkeit von p = 1.5 und Strassen mit flexiblem

Oberbau,Normachslast= 8.21

Achslast (t) Einzelachslast Tandemachslast

1 0.0002 0.00004

2 0.002 0.0003

3 0.01 0.001

4 0.04 0.003

5 0.11 0.008

6 0.25 0.02

7 0.49 0.03

8 0.90 0.06

8.2 1.00 0.06

9 1.54 0.10

10 2.50 0.15

11 3.87 0.23

12 5.78 0.34

13 8.36 0.49

14 11.79 0.68

15 16.24 0.93

16 21.93 1.24

17 29.09 1.64

18 37.98 2.12

19 48.91 2.72

20 62.18 3.43

45

4.22 Die Lastäquivalenzfaktoren e ausgewählter Fahrzeugtypen

In der Tabelle 5 sind die Lastäquivalenzfaktoren ausgewählter Fahrzeugtypen für Leer- und

Lastfahrt, die Lastäquivalenzfaktoren pro Fahrt (Leer- und Lastfahrt) und pro m3 bzw. t

Nutzlast angegeben. Aus dieser Tabelle kann folgendes festgehaltenwerden:

— Die Lastäquivalenzfaktoren der Personenwagen,der leichten bis schweren Landwirtschafts¬traktoren sowie der leichten bis mittelschweren Forsttraktoren sind für Dimensionierungs-zweckevernachlässigbarklein.

— Mit Ausnahme des Langholzfahrzeugessind die Lastäquivalenzfaktoren der leeren Fahrzeu¬ge klein (e <0.25); trotzdem sind sie bei der Dimensionierungzu berücksichtigen.

— Mit Ausnahme der leichten und mittelschweren Lastwagen weisen die beladenen Fahrzeugefür Baustellen-und Holztransporte hohe Lastäquivalenzfaktoren auf (2.54 < e< 3.67). Die

Lastäquivalenzfaktoren der beladenen landwirtschaftlichen Fahrzeugesind dagegen bedeu¬tend kleiner (0.01 <e<0.17).

— Die Lastäquivalenzfaktoren pro m3 bzw. t Nutzlast betragen:e

Baustellentransport : 0.38 - 0.82

Holztransport : 0.16-0.43

landwirtschaftlicherTransport : 0.01 — 0.04

Die Lastäquivalenzfaktoren der verschiedenen Fahrzeugtypen wurden aufgrund der in Tabelle6 angegebenen Fahrzeuggewichteund deren Verteilung auf die verschiedenen Achsen ermittelt.Die Berechnung dieser Faktoren erfolgte anhand der Gleichungen [24] und [25] (vgl. Abschnitt4.21).

46

Tabelle5: Lastäquivalenzfaktoren e ausgewählter Fahrzeugtypen

Fahrzeugtyp Lastäquivalenzfaktoren e Nutzlast

Leer Beladen pro Fahrt pro m3 t m3(L) (B) (L+B) Nutzlast

•«—¦ 3-achsiger Lastwagen 0.09 2.54 2.63 0.38 14.0 7.0OQ.to 2-achsiger Lastwagenran — schwer 0.09 3.17 3.26 0.82 8.0 4.0+-»DCO

- mittel 0.01 0.38 0.39 0.16 5.0 2.5CO

- leicht 0.002 0.06 0.06 0.04 3.5 1.7

Lastwagenzugmit Kran 0.24 3.67 3.91 0.20 15.0 19.5

Langholzfahrzeug mit Kran 1.11 3.32 4.43 0.23 14.5 19.0

3-achsiger Lastwagen mitKran 0.13 2.54 2.67 0.16 13.0 17.0

oQ. 2-achsigerLastwagen mitC/3c Kran 0.24 3.17 3.41 0.43 6.0 8.0

ztre Forsttraktor:

Hol — sehr schwer— schwer— mittel— leicht

0.060.010.0020.0005

pro t

ort Nutzlast

nsp Jauchewagen+ Traktor 0.01 0.17 0.18 0.04 4.5

Tra Miststreuer+ Traktor 0.01 0.17 0.18 0.04 4.5

her Ladewagen + Traktor 0.01 0.12 0.13 0.04 3.5

haftlicl Selbstfahrladewagen 0.0009 0.01 0.01 0.01 2.0

Landwirtschaftstraktor:tsc — sehrschwer 0.008

wir - schwer 0.002TJc — mittel 0.00053 — leicht 0.00006

Reisecar 0.24 3.17

Landrover 0.002

SchwererPersonenwagen 0.0004

Leichter Personenwagen 0.00005

47

Tabelle 6: Gewichtund Gewichtsverteilung ausgewählter Fahrzeugtypen

Fahrzeugtyp Leer Beladen

":"ß'Gewicht(t)

Gewichtsverteilung(%)

Gewicht(t)

Gewichtsverteilung(%)

Vorder¬achse

Hinter¬achse

Vorder¬achse

Hinter¬achse

3-achsiger Lastwagen 11.0 40 60 25.0* 30 70

OQ.COCCDL--t-1IJCDCQ

2-achsiger Lastwagen:— schwer— mittel— leicht

8.05.03.0

454545

555555

16.0*10.06.5

353535

656565

'

Lastwagenzug:— Lastwagen mit Kran— 2-achsiger Anhänger

13.010.03.0

4550

5550

28.0*16.0*12.0*

3550

6550

¦I-»

o

Langholzfahrzeug mit Kran 13.5 40 60 28.0* 15 35

(Zugfahr¬zeug)

25 25(Nach¬läufer)

toCCD

3-achsiger Lastwagenmit Kran 12.0 40 60 25.0* 30 70

"5X

Forsttraktor:7 0 60 40

35— schwer 4.5 65— mittel 3.0 65 35— leicht 2.0 65 35

A- SO* Jauchewagen (1-achsig) 1.5 90 (10% Stützlast 6.0 90 (10% StützlastoO-

Miststreuer (1-achsig) 1.5 90 auf das Zug- 6.0 90 auf das Zug-cCD Ladewagen (1-achsig) 2.0 90 fahrzeug) 5.5 90 fahrzeug)H Selbstfahrladewagen 2.5 45 55 4.5 35 65+-*¦M—CD_CuCO¦M

5TJCCD

Landwirtschaftstraktor:— sehr schwer— schwer— mittel— leicht

4.03.02.01.0

35353535

65656565

Reisecar

Landrover

schwerer Personenwagenleichter Personenwagen

10.0

3.0

2.0

1.0

45

50

50

50

55

50

50

50

16.0 35 65

* ZulässigesGesamtgewicht nach Art. 9 des Bundesgesetzes über Strassenverkehr und Art. 67 der Verordnung über dieStrassenverkeh rsregel n

QuellenInternationalerNutzfahrzeug-Katalog. Verlag Vogt-Schild AG.Solothurn, 1979J.L. Biermann: Verkehrsanalyse Autobahn N1. Bericht an Eidg. Amt für Strassen-und Flussbau, 1968Richter, J.: Erhebungenüber den Schwerverkehr, Strasseund Verkehr, Nr. 8,1975Butora A.: Stammholztransportmit Lastwagen. Eidg.Anst. Forstl. Versuchsw., Ber. 192,1978B. Abegg und K. Pfeiffer: Evaluation von Forstfahrzeugen. Kursunterlagen, Eidg.Anst. forstl. Versuchswesen, 1976Eidg. Forschungsanstalt f. Betriebswirtschaft und Landtechnik, Tänikon: Blätter f. Landtechnik Nr. 43 . 56, 68,120Studer R.: Welchessind die wichtigsten Gesichtspunkte, die bei der Wahl eines neuenTraktors zu beachten sind?Schweizer Landtechnik, Nr. 15,1976

48

4.23 Verkehr auf Waldstrassen

Auf Waldstrassen setzt sich der für die Dimensionierung massgebende Schwerverkehr vorwie¬

gend aus Baustellen- und Holztransporten zusammen. Zusätzliche Schwertransporteergebensich für Waldstrassen mit gleichzeitiger Verbindungsfunktionoder wenn sie als Zufahrtzu land¬

wirtschaftlichgenutzten Flächen, Alpen, Kiesgruben, Verbauungen usw. dienen. Die Verkehrs¬

belastung der Waldstrassen nimmt meistens mit zunehmenderEntfernungvom übergeordnetenStrassennetz ab (Abb. 25). Daraus ergibt sich, dass bei einer gegebenen Untergrundtragfähig¬keit ein Waldstrassennetz nicht auf der gesamten Länge den gleichen Oberbau aufweisenmuss.

Abbildung 25: Schemader Verkehrsbelastung von Waldstrassen (20)

Anschluss an das über¬

geordnete Strassennetz

v°£*',.c\<5

\e*C*V

"seh/<ess "igsross

4.231 Baustellenverkehr

Auf Waldstrassen macht im Normalfall der Antransportvon Oberbaumaterialienmehr als 90 %des gesamten Baustellenverkehrs aus. Damit haben die weiteren Baustellentransporte (Beton,Rohre usw.) praktisch keinen Einfluss auf die Oberbaudicke und können für die Dimensionie¬

rung des Oberbaus vernachlässigtwerden. Bei den Transportenvon Oberbaumaterialienfallen

49

besonders die Kiestransporte und in geringerem Masse diejenigen von bituminösem Mischgutins Gewicht. Sie werden im folgenden als Kiesbedarf bezeichnet.

Der Kiesbedarf einer Strasse lässt sich aufgrund der nachstehenden Beziehungermitteln:

K = 1.25 ¦ B • D ¦ L [26]

wobei: K = Kiesbedarf lose in m31.25 = Auflockerungsfaktor

B = mittlere Breite der Strasse in MeternD = mittlere Dicke des Oberbaus in MeternL = Länge der Strassebzw. des Waldstrassennetzes in Metern

Für den Antransportvon einem Kubikmeter Kies mit einem zweiachsigen Lastwagen ist gemässTabelle 5 mit einem Verkehr von 0.8 Normachslastenvon 8.2 t zu rechnen. Damit ergibt sichaus Gleichung[26] für den Baustellenverkehr Wß folgende Formel:

Baustellenverkehr: Wr B-D- L [27]

oder WB = (1.25-B -D) .0,8- L [27']

1.25 • B ¦ D: Kieskubatur lose pro LaufmeterStrasse

0.8 Normachslast pro m3 Kies lose

In der Abbildung 26 ist die Beziehung zur Ermittlung des Baustellenverkehrs (Gleichung [27])in Form eines Diagrammsdargestellt. Die Anwendung dieses Diagramms ist an einem Beispieldargestellt.

50

Abbildung 26: Diagrammzur Ermittlung des BaustellenverkehrsWß

Kieskubatur lose

pro Laufmeter Strasse

--2 BeispielB = 4,0D =0,6L = 5000

^^ WB = 12 000 Normachslasten•*.«:

--1

r^r-*

2CT000Breite (m)

10'000Baustellenverkehr

3O000i i i i ' i > ' i40000

in Normachslosten von 8,2 t

Bei Waldstrassen ist mit einer Kieskubatur lose (bituminöses Mischgut inbegriffen) von 2 bis

3 m3 pro Laufmeter Strasse zu rechnen, was bei einer mittleren Strassenbreite von 4 m einer

Oberbaudicke von 40 bis 60 cm entspricht. Der mittlere Kiesbedarf liegt also bei 2.5 m3 proLaufmeter Strasse. Damit lässt sich die Beziehung zur Ermittlung des Baustellenverkehrs (Glei¬chung [27] oder [27']) wie folgt vereinfachen:

WB = (1.25-B -D) -0.8- L [27']

mit (1.25- B-D)= 2.5 m3/m'

ergibt sich für den Baustellenverkehr Wß nachstehendeangenäherteBeziehung:

Baustellenverkehr: WB = 2¦L [28]

Die Gegenüberstellung (Tabelle 7) der verschiedenen mit Wß = 1.6L, 2L und 2.4L (Kieskuba¬tur lose 2.0, 2.5 und 3.0 m3/m') ermittelten Stärkenindizes zeigt, dass hinsichtlich der Ober¬

baudimensionierungdie obige Näherungsformel (Gleichung [28](genügend genaue Werte für

den Baustellenverkehr ergibt und in den meisten Fällen anwendbarist.

51

Tabelle 7: Vergleichzwischenden StärkenindizesSN (R = 1.5)

Baustellenverkehr(L = 10 000 m)

CBR = 1 % CBR = 2.5 %SN Differenz SN Differenz

WB = 1.6'Lfür 2.0 m3/m' 16 000 6.58

- 0,22

+ 0,18

5.30

- 0,19

+ 0,16

Wg = 2.0 * Lfür 2.5 m3/m' 20 000 6,80 5,49

Wß = 2.4 • Lfür 3.0 m3/m' 24 000 6,98 5,65

4.232 Holztransport

Neben dem Baustellenverkehr wird eine Waldstrasse mit vorwiegender Bewirtschaftungsfunk¬tion am stärksten durch den Abtransport des Holzes belastet. Dabei kann für eine bestimmteWaldfläche F und den gewählten Dimensionierungszeitraumvon 40 Jahren (vgl. Ziff. 4.2) die

genutzte Holzmengemit der nachstehenden Formel berechnet werden:

H = 40 ¦ F • H [29]

wobei: H

40

F

Hi

= genutzte Holzmengein m3= Dimensionierungszeitraumin Jahren

= Waldflächein ha

= jährliche Holznutzung in m3 pro ha

Da für den Abtransportvon einem Kubikmeter Holz mit einer Verkehrsbelastung von rund 0.2Normachslastenvon 8.2 t (vgl. Tabelle 5) zu rechnen ist, ergibt sich für den Holztransport derin der Formel [30] angegebene Verkehr.

Verkehrfür den Holztransport: WH 8- F • H J [30]

Durch die Einführung der Strassendichte SD und der Strassenlänge L in die Gleichung [30]lässt sich noch eine weitere Beziehung zur Bestimmungdes Verkehrs für den Holztransport er¬

mitteln.

Esgilt: SD = _L.F=L_ [31]

Wird nun die Gleichung[31] in die Gleichung [30] eingesetzt, resultiert daraus nachstehenderAusdruck zur Ermittlung des Verkehrs für den Holztransport:

52

Verkehr für den Holztransport: WH = 8--SD

[32]

Diese Beziehung kann auch in Form eines Diagrammsdargestellt werden (Abb. 27).

Abbildung27: Diagrammzur Ermittlung des Verkehrs für den Holztransport W^(Dimensionierungszeitraum: 40 Jahre)

Jährliche Nutzungpro Laufmeter Sirasse (m3)

0,5 £ PX „6VY -CS

"/ n°o/ .o 4.7 *\

0,4

0,3

0,2

0,1

JI ' I ' I

BeispielHj = 8SD = 50L = 5000

W =6400 Normachslasten

i i i i i i' i i i | i i i i i i i i i [ i i i i i i i i i i l i i i

2 4 6 8 10 10'000 20000 30'000 40O00

Jährliche Nutzung Verkehr WH infolge des Holztransports in Normachslasten

pro ha (m3) von 8,2t

u

Die Analyse (Tabelle 8) des Ausdruckes 8 ¦ -^ der Gleichung [32] zeigt, dass für die Produk¬

tionsregionen Jura, Mittelland und Alpen dieser Faktor im Mittel ungefähr gleich eins ist. Bei

der Region Voralpen ist dagegen dieser Faktor 8 ¦ ft-j etwa doppelt so gross und weist einenmittleren Wert von ca. zwei auf. Damit lassen sich aus der Gleichung[32] die beiden folgendenangenähertenBeziehungen zur Ermittlung des Verkehrs für den Holztransport ableiten:

Verkehrfür den Holztransport: Jura

Mittelland wH = 1 ¦ L

Alpen

Voralpen: wH = 2 L

[33]

[34]

53

Tabelle8: Grösse des Faktors 8H

Produktionsregion(aus 21)

HJ SDHJ

Faktor : 8-^rMinimum Maximum Mittelwert

Jura 6 40-80 0.6 1.2 0.9

Mittelland 9 60-90 0.8 1.2 1.0

Voralpen 6 20-40 1.2 2.4 1.8

Alpen 3 15-30 0.8 1.6 1.2

H .

= jährliche Nutzung pro ha in m

SD = Strassendichte in Laufmeter pro ha

4.233 Dimensionierungsverkehrauf Waldstrassen

Bei Waldstrassen mit ausgesprochenerBewirtschaftungsfunktion (Erschliessungs-und Sammel-strassen) ergibt sich der DimensionierungsverkehrW aus der Summeder Baustellen-und Holz¬

transporte (Wß + W|_j). Dabei kann er mit ausreichender Genauigkeit (Tabelle 9) anhand dernachstehenden Näherungsformeln für die verschiedenen Produktionsregionenberechnet werden:

DimensionierungsverkehrfürWaldstrassen mit ausschliesslicher

BewirtschaftungsfunktionJura

Mittelland:

AlpenW = 3- L

Voralpen: W == 4 ¦ L

[35]

[36]

Bei Waldstrassen mit zusätzlicher Verbindungsfunktionsowie bei solchen, die als Zufahrt zu

Alpen, Verbauungen (Wildbach-, Lawinen-, Steinschlag-, Rutschverbauungen usw.), Kiesgrubenoder militärischen Anlagen benutztwerden, muss der weitere Schwerverkehr von Fall zu Fall

abgeklärt werden. Bei Verbindungsstrassen müssen die Schwertransportegeschätzt werden. Diezusätzliche Verkehrsbelastung durch die Transporte zu den Verbauungen oder von den Kies¬

gruben kann dagegen einfach aufgrund der Kubatur der an-bzw. abzutransportierenden Mate¬rialien erfasst werden. Der Verkehr aus landwirtschaftlich genutzten Gebieten lässt sich mitden im Abschnitt 4.24 angegebenen Formeln berechnen.

Unter Berücksichtigung der Strassenlänge können nun mittels der Gleichungen [35] bzw. [36]für die verschiedenen Waldstrassentypen Richtwertefür den Dimensionierungsverkehrbestimmtwerden (Tabelle 10).

54

Tabelle 9: Vergleichzwischenden StärkeindizesSN (Dimensionierungszeitraum: 40Jahre)

JURAVerkehr(L = 10 000 m)

CBR =2.5%, R = 1.5SN Differenz

W •=

mm2.2- L WK = 1.6 L

WH=0.6L22 000 5.57

- 0,27

+ 0,17

W 3.0-L WK = 2.0 L

WH = 1.0 L30 000 5.84

Wmax

3.6-L WK = 2.4 L

WH = 1.2 L36 000 6,01

MITTELLANDVerkehr

(L = 10 000 m)CBR = 2.5 %, R = 1.5SN Differenz

Wmin = 2-4'L WK = 1.6 L

WH= 0.8 L24 000 5,65

- 0,19

+ 0,17

W = 3.0 • L WK = 2.0 L

WH = 1.0 L30 000 5,84

Wmax= 3-6-L WK=2.4LWH = 1.2 L

36 000 6.01

ALPENVerkehr(L= 10 000 m)


W •= 24 • Lmin • *-

WK = 1.6L

WH = 0.8 L24 000 5.65

- 0,19

+ 0,27

W = 3.0 • L WK = 2.0 L

WH = 1.0 L30 000 5.84

W "= 40 • L WK = 2.4 L

WH = 1.6 L40 000 6.11

VORALPENVerkehr(L = 10 000 m)


Wmin-= 2.8-L WK = 1.6L

WH = 1.2 L28 000 5.78

0,33

+ 0,17

W = 4.0 - L WK = 2.0 L

WH = 2.0 L40 000 6.11

Wmax = 4.8 ' L WK = 2.4 L

WH = 2.4 L48 000 6.28

55

Tabelle 10: Richtwerte für den Dimensionierungsverkehr Wauf Waldstrassen

(Dimensionierungszeitraum: 40 Jahre)

Strassentyp Normachslasten von 8.21

Erschliessungsstrassen— Strassenlänge bis 1.5 km— Strassenlänge 1.5—3.0km

Sammelstrassen— kleines Einzugsgebiet:

3—6 km Strassen— mittleres Einzugsgebiet:

6-12 km Strassen— grosses Einzugsgebiet:

12-18 km Strassen

Verbind u ngsstrassen

5 0005 000- 10 000

10 000- 20 000

20 000- 40 000

40 000- 60 000

100 000-200 000

4.24 Verkehr auf Güterstrassen

In Analogie zu den Waldstrassen werden die Güterstrassen, welche vorwiegend für die Bewirt¬

schaftung benutzt werden, am stärksten durch die Baustellen-und Landwirtschaftstransportebelastet. Für die Bestimmungdes Baustellenverkehrs kommt somit entweder das im Abschnitt

4.231 angegebene Diagramm oder die Gleichung[28] zur Anwendung.

4.241 Landwirtschaftlicher Verkehr

Der landwirtschaftliche Verkehr umfasst im wesentlichen die Abfuhrder geernteten Produkte

sowie den Antransportvon landwirtschaftlichen Produktionsmitteln wie Saatgut, Düngemittel,Stallmist, Gülle usw. Die Grösse des Landwirtschaftsverkehrs hängt somit in erster Linie vom

Gesamtgewicht der abgeführten Produkte und zugeführten Mittel ab. Dieses Gesamtgewichtlässt sich für eine bestimmte landwirtschaftliche Nutzfläche F und den Dimensionierungszeit¬raum von 40 Jahren mit der nachstehenden Formel berechnen:

40 • F • TJ [37]

wobei: T = Transportgewichtin Tonnen (abgeführte Produkte und zugeführte Mittel)

40 = Dimensionierungszeitraumin Jahren

F = landwirtschaftlicheNutzfläche in ha

T I= jährliches Transportgewichtin Tonnen pro ha

Für den Transportvon einer Tonne landwirtschaftlicherProdukte bzw. Produktionsmitteln ist

mit einer mittleren Verkehrsbelastung von 0.03 Normachslastenvon 8.2 t (vgl. Tabelle 5) zu

mmmmmmm

56

rechnen. Unter Berücksichtigung der Gleichung [37] ergibt sich damit für den landwirtschaftli¬

chen Verkehr folgende Beziehung:

Landwirtschaftlicher Verkehr: WL=1.2- F-Tj [38]

Durch das Einführen des Ausdruckes L/SD (Gleichung [31]) in die obige Gleichung lässt sich

eine weitere Beziehung für den landwirtschaftlichen Verkehr ermitteln. Diese Gleichung ist in

Abbildung 28 in Form eines Diagrammsdargestellt und lautet wie folgt:

Landwirtschaftlicher Verkehr:Tj

W, =1.2 LL SD •

[39]

Abbildung 28: Diagrammzur Ermittlung des landwirtschaftlichenVerkehrs W^(Dimensionierungszeitraum: 40Jahre)

Jährliches Transportgewichtpro Laufmeter Strasse (t)

«P.

50 100 150 200Jährliches Trans¬portgewicht pro ha

(t)

10000 20000 30000 40O00 50000

Landwirtschaftlicher Verkehr WL in Normachslasten von 8,21

57

TjAus der Analyse (Tabelle 11) des Ausdruckes 1.2'§5 der Gleichung[39] geht hervor,dass der

Wert dieses Faktors im Mittel etwa bei drei liegt. Daraus folgt die nachstehendeNäherung zur

Ermittlung des landwirtschaftlichenVerkehrs:

Landwirtschaftlicher Verkehr: Wi 3- L [40]

Tabelle 11: Grösse des Faktors 1.2" —

Kulturart(aus 22,23)

TJ SDMinimum

TjFaktor : 1.2 'ön

Maximum Mittelwert

Graswirtschaft

Ackerbau

100

150

30-60

40-80

2.0

2.3

4.0

4.5

3.0

3.4

Tj = jährliches Transportgewicht in Tonnen pro haSD = Strassendichte in Lauf meter pro ha

4.242 Dimensionierungsverkehrauf Güterstrassen

Der Dimensionierungsverkehrauf Güterstrassen mit vorwiegender Bewirtschaftungsfunktionkann hinreichend genau (Tabelle 12) mittels der Gleichung[41] berechnet werden, welche die

Summe aus Baustellenverkehr und landwirtschaftlichenTransporten(Wß + WL) darstellt.

DimensionierungsverkehraufGüterstrassen mit vorwiegenderBewirtschaftungsfunktion

W = 5- L [41]

Bei Güterstrassen mit Verbindungscharaktersowie bei solchen, die als Zufahrt zu Alpen, Wäl¬

dern, Kiesgruben, Verbauungen oder militärischenAnlagen dienen, muss neben dem Baustel¬

lenverkehr und den landwirtschaftlichen Transporten noch der Schwerverkehr infolge dieser

zusätzlichen Funktionen bestimmt werden. Dabei kann der Verkehr aus den Waldgebietenmitden in Abschnitt 4.23 angegebenen Formeln berechnet werden.

58

Tabelle 12: Vergleichzwischenden Stärkenindizes SN (Dimensionierungszeitraum: 40Jahre)

GRASWIRTSCHAFT

Wmin = 3"6 • L Wg = 1.6 L

WL = 2,0 L

W = 5.0 ' L Wß = 2.0 L

W, 3.0 L

Wmax = 6'4 " L WB = 2.4 L

WL = 4.0 L

ACKERBAU

Wmin = 3-9 ¦ L Wß = 1.6 L

WL = 2.3 L

W = 5.0 ¦ LWr 2.0 L

WL = 3.0 L

Wmax

6.9 ¦ L wEW,

2.4 L

4.5 L

-Verkehr(L= 10 000 m)

36 000

50 000

64 000

Verkehr(L= 10 000 m)

39 000

CBR = 2.5 %, R = 1.5SN

6.01

6.31

6.55

Differenz

- 0,30

+ 0,24

CBR = 2.5 %, R = 1.5SN

6.08

50 000

69 000

6.31

6.62

Differenz

- 0,23

+ 0,31

Für den Dimensionierungsverkehrder verschiedenen Güterstrassentypen gelten die in der Ta¬

belle 13 angegebenen Richtwerte, welche unter Berücksichtigung der Strassenlänge aus der

Gleichung[41 ] ermitteltwurden.

Tabelle 13: Richtwerte für den Dimensionierungsverkehr auf Güterstrassen

(Dimensionierungszeitraum: 40 Jahre)

Strassentyp Normachslasten von 8.2 t

Erschliessungsstrassen(Nebenwege)— Strassenlänge bis 1 km

— Strassenlänge 1-2 km

Sammelstrassen (Hauptwege)— kleines Einzugsgebiet:2—4 km Strassen

— mittleres Einzugsgebiet:4—8 km Strassen

— grosses Einzugsgebiet:8-16 km Strassen

Verbi ndungsstrassen

5 000

5 000- 10 000

10 000- 20 000

20 000- 40 000

40 000- 80 000

100 000-200 000

59

4.3 Umgebungsbedingungen(Regionalfaktor R)

Die Umgebungsbedingungen werden in der Dimensionierungsformel(Gleichung [12]) und im

Dimensionierungsnomogramm(Abb. 3) durch den Regionalfaktor R berücksichtigt. Dieser

Faktor stellt eine umfassende Gewichtungsfunktiondar, welche die jahreszeitlichenTragfähig¬keitsänderungen des Strassenaufbaus erfasst. Die Grösse dieser saisonalen Schwankungenin der

Tragfähigkeit einer Strasse hängt von den folgenden Einflussfaktoren ab:

— Tiefe der Frosteindringung— Dauer und Anzahl der Frost- und Tauzyklen— Menge und Verteilung der Niederschläge— hydrologische Verhältnisse

— Art des Untergrundesusw.

Die tragfähigkeitsvermindernden Faktoren bewirken eine Erhöhung des Regionalfaktors und

somit eine Vergrösserung des Stärkenindexes.

Im AASHO Interim Guide (8) sind für den Regionalfaktor je nach Strassenzustand oder Jah¬

reszeit folgende Richtwerteangegeben:

Untergrund gefroren (mehr als 12.5 cm) 0.2 bis 1.0

Untergrund ausgetrocknet (Sommer und Herbst) 0.3 bis 1.5

Untergrund wassergesättigt(Auftauperiode) 4.0 bis 5.0

Für die Oberbaudimensionierung ist der gewichtete Mittelwert aller jahreszeitlichenRegional¬faktoren massgebend.

Der Regionalfaktor kann grundsätzlich aufgrund von saisonalen Deflektionsmessungen be¬

stimmt werden, denn durch diese Messungen kann der jahreszeitliche Verlauf der Tragfähigkeitbestehender Strassen und die Tragfähigkeitsverminderung des Strassenaufbaus während der

Auftauperiodeerfasst werden. Dieses Verfahren zur Ermittlung des Regionalfaktors erfordert

jedoch die Untersuchung der Tragfähigkeit zahlreicher Strassenabschnitte in verschiedenen

Regionen der Schweiz während mehrerer Jahre. Diese Methode ist für die untersuchten Stras-

sentypen nicht durchführbar.

4.31 Einflussdes Regionalfaktors auf den Stärkenindex

In der Abbildung 29 ist der Einfluss des Regionalfaktors R auf den StärkenindexSN für einen

Untergrundtragfähigkeitsbereich von 1 bis 10% CBR sowie einen Verkehr W von 10 000 bis

100 000 Normachslasten von 8.2 t angegeben. Als Bezugsgrösse wurde der Stärkenindexfür

einen Regionalfaktor von R = 1.5 gewählt. Da aufgrund der vorliegenden Untersuchungen (24)der Regionalfaktor für den grössten Teil der Schweiz zwischen 1.0 und 2.0 liegt, ist der Ein¬

fluss dieses Faktors auf den Stärkenindexbzw. die Oberbaudicke gering (A SNp maximal 0.5).

60

Abbildung29: Einflussdes Regionalfaktors R auf den Stärkenindex SN

(Bezugsgrösse:SN für R = 1.5, ASNR= SNR=X-SNR=1 5)

ASNR

CBR = 1%W = 100O00

0.8

0.6-

0,4

CBR = 10%W = 10'0000,2

0,01.0

0,2

0.4-

0,6

-i—i—i—i—r—i—i—i—i—i—i—i—r*~i r

2,0 2,5 3,0 R

4.32 Regionalfaktoren für die Schweiz

Das Versuchsgeländedes AASHO-Strassentestsweist ähnliche klimatische Bedingungen auf wie

das schweizerische Mittelland. Der Regionalfaktor schwankte während des AASHO-Versuches

je nach Jahreszeitzwischen 0.1 und 4.8, wobei der Mittelwert ca. 1.2 betrug (25).

Gestützt auf diese Angaben sowie diejenigen von Giudicetti (24) wird nun für die Schweiz in

Höhenlagen von 400 bis 800 m ü.M. ein Regionalfaktor von 1.5 vorgeschlagen (Tabelle 14).Gegenüber einem Regionalfaktor von 1.2 (AASHO-Test) ergibt dies bei Strassen mit geringemVerkehr einen geringfügig höheren Stärkenindex (ca. + 0.2). Für günstigere (Höhenlagen unter

400 m ü.M.) bzw. schlechtere (Höhenlagen über 800 m ü.M.) klimatische Verhältnissewird da¬

gegen gutachtlich ein Regionalfaktor von 1.0 bzw. 2.0 vorgeschlagen (Tabelle 14). Eine feinere

Unterteilung des Regionalfaktors ist nicht sinnvoll, da die Grösse des Regionalfaktors für die

verschiedenen Regionen der Schweiz noch zu wenig genau bekannt und der Einfluss diesesFaktors auf den Stärkenindexbei Strassen mit geringem Verkehr « 200 000 Normachslasten)klein ist (vgl. Abbildung 29), so dass eine Schätzung des Regionalfaktors für praktische Zweckeausreicht.

61

Tabelle 14: Vorschlag für den Regionalfaktor in der Schweiz

günstigeUmgebungsbedingungenHöhenlage unter 400 m ü.M.

R = 1.0

normaleUmgebungsbedingungenHöhenlagen400 bis 800 m ü.M.

R = 1.5

ungünstige UmgebungsbedingungenHöhenlagen über 800 m ü.M.

R=2.0

4.4 Tragfähigkeitskoeffizienten (a-Werte) der Baustoffe

Damit der StärkenindexSN in die effektiveOberbaudicke umgerechnet werden kann, muss je¬dem Oberbaumaterialein Tragfähigkeitskoeffizient (a-Wert) zugeordnet werden. Diese Tragfä¬higkeitskoeffizientensind ein Mass für die relative Tragfähigkeit der Baustoffe. Ihre Grösse

hängt von den Festigkeits- und Stabilitätseigenschaftender Materialien ab. Sie wurden für ver¬

schiedene Baustoffe im AASHO-Strassentest sowie in Satellitversuchenbestimmt. In der Tabel¬

le 15 sind die von Hirt (5) zusammengestelltenTragfähigkeitskoeffizienten (a-Werte) der ge¬bräuchlichen Baustoffe angegeben.

Tabelle 15: Tragfähigkeitskoeffizientender gebräuchlichen Baustoffe (5)

Baustoffe Tragtähig keitskoeffizient(a-Wert)

Belag hoherStabilität MS 900 kg 0.44*

Belag kleiner Stabilität MS 230-450 kg 0.20

Sandasphalt MS 450-500 kg 0.40

HMTB MS> 450 kg 0.40

HMTA MS> 250 kg .0.34

Bituminöse Stabilisierung MS ca. 200 kg 0.23

Stabilisierung mit Zement: - dc7 > 50 kg/cm2 0.23- dc7 30-50 kg/cm2 0.20- dc7 < 30 kg/cm2 0.15

Stabilisierung mit Kalk 0.1-0.2

GebrochenesMaterial CBR 105-110% 0.14*

Kies—Sand I (rund) CBR > 80% 0.11*

Kies—Sand II (rund) CBR 20-30% 0.07

* Direkte Bestimmung aus dem AASHO-TestBezeichnungen: MS: Marschallstabilität

dc7: 7-Tage DruckfestigkeitCBR: LaborCBR %

62

Diese Koeffizienten können grundsätzlich durch Deflektionsmessungenunter Anwendung der

Beziehung Deflektion zu Stärkenindex (Gleichung [20]) bestimmt werden. Mit diesem Verfah¬

ren wurden die Tragfähigkeitskoeffizientender folgenden Baustoffe überprüft:

— Kies rund (USCS : GW, GP, GM, GC)— Kies gebrochen— HMTA— HMTB— Stabilisierung mit Kalk (Soforteffekt)— Stabilisierung mit Kalk (Langzeiteffekt)

Aus diesen Untersuchungen geht folgendes hervor (Abb. 30):

— Die auf Strassen mit geringem Verkehr bestimmten mittleren Tragfähigkeitskoeffizientenfür Kies rund und gebrochen stimmen gut mit denjenigen des AASHO-Strassentestesüber¬ein. Beim Kies rund konnte jedoch kein signifikanter Unterschied im Tragfähigkeitskoeffi¬zient zwischen den verschiedenen Kiestypen nach der USCS-Klassifikation festgestellt wer¬den.

— Der mittlere Tragfähigkeitskoeffizient der HMTA ist um etwas mehr als 10% kleiner als

a = 0.34.

— Der mittlere Tragfähigkeitskoeffizient der HMTB stimmt gut mit demjenigen der Tabelle

15 überein.

— Nach Erreichung des Langzeiteffekts weist die Stabilisierung mit Kalk bedeutend höhere

Tragfähigkeitskoeffizienten auf als kurz nach dem Einbau. Bei der Oberbaudimensionie¬

rung sollte allerdings für die Stabilisierung mit Kalk der Koeffizient (a = 0.13) nach Errei¬

chung des Soforteffekts berücksichtigtwerden (Baustellenverkehr).

Die in der Abbildung 30 angegebenen Tragfähigkeitskoeffizientenstammen nicht aus systema¬tisch durchgeführten Versuchen. Ausserdem ist die Zahl der untersuchten Objekte gering. Des¬

halb wären weitere Untersuchungen zur besseren Erfassung der Tragfähigkeitskoeffizientenwertvoll.

63

Abbildung 30: Bereich der Tragfähigkeitskoeffizienten,Strassen mit geringem Verkehr

Baustoff

Kies rund

Kies gebrochen

HMT A

HMT B

Kalkstabilisierung(Soforteffekt)

Kalkstabilisierung(Langzeiteffekt)

Tragfähigkeitskoeffizient (a= Wert)0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5ii ' l l I I 1 L

0,112

0,140

0,296

0,406

'£0,131

VA0,303

2

AASHO - Test und Satellitversuche

Bereich der Tragfähigkeitskoeffizienten, Strassen mit geringem Verkehr

0,112 Mittelwertli

64

5. VORSCHLAG FÜR OBERBAUVARIANTEN

Mit der Dimensionierungsformel(Gleichung [12]) wurden verschiedene Oberbauvariantenauf¬

gestellt (Abbildungen 32-40), welche für Strassen mit geringem Verkehr typisch sind. Die ver¬

schiedenen Dimensionierungsparameterwurden wie folgt variiert:

UntergrundtragfähigkeitVerkehr

ErschliessungsstrassenSammelstrassen

Verbindungsstrassen

Regionalfaktor

CBR-Wert= 0.5 bis 20%

W = 5 000, 10 000W = 20 000, 40 000, 60 000, 80 000

W = 100 000, 150 000, 200 000

R = 1.5

Die entsprechendenStärkenindizes sind in der Abbildung 31 graphisch dargestellt.

Abbildung31: Stärkenindizes der vorgeschlagenen Oberbauvarianten (gemäss Gleichung[ 12])

11 P = 1.5

10

LO

:o

CO

1 -

0,5 1 2 3Untergrundtragfähigkeit

TTT4 5 6 8 10

W =

200*000150'000100'00 080'00060'00040'00020'000to'ooo5'0 00

20

65

In den Abbildungen 32 bis 40 sind die vorgeschlagenen Oberbauvariantennach Strassentypenund Dimensionierungsverkehrdargestellt, wobei die folgenden Tragfähigkeitskoeffizienten ver¬wendetwurden.

Baustoff TragfähigkeitskoeffizientHMTA 0.30Kies rund 0.11

Kalkstabilisierung 0.13

Zu den vorgeschlagenen Oberbauvariantenist zu bemerken:

— Für die Aufnahme des Baustellenverkehrs ist auf jeden Fall ein minimaler Oberbau (Kiesund eventuell Stabilisierung mit Kalk) notwendig. Diese in den Diagrammen angegebeneSchichtdicke wurde unter der Annahme bestimmt,dass die Wald- und Güterstrassen in Ab¬

schnitten von etwa 1.5 km gebautwerden,wofür ein Baustellenverkehr von ca. 3000 Norm¬

achslasten notwendig ist. Dieser für den Baustellenverkehr erforderlicheOberbau (siehe Ab¬

bildungen 32 bis 40) kann nicht ohne weiteres durch eine Schicht aus irgend einem beliebi¬

gen Material ersetzt werden (z.B. HMT).

— Die Kiesschicht der verschiedenen Oberbauvariantenkann ganz oder teilweise durch diezwei nachstehenden Baustoffe ersetzt werden:

Baustoff Tragfähigkeitskoeffizient 1 cm Baustoff entspricht einerSchichtdicke aus Kies rund von

Kies gebrochen 0.14 1.3 cm

Zementstabilisierung 0.23 2.1 cm

— Die Kiesschicht der verschiedenen Oberbauvariantenkann bis zu der für den Baustellenver¬kehr erforderlichen Dicke durch die nachstehenden Baustoffe ersetzt werden:

Baustoff Tragfähigkeitskoeffizient 1 cm Baustoff entspricht einerSchichtdicke aus Kies rund von

HMT B 0.40 3.6 cmHMT A 0.30 2.7 cmbituminöseStabilisierung 0.23 2.1cm

Bei einer Untergrundtragfähigkeit kleiner als 2 % CBR kann in den Varianten I und III dieKiesschicht nicht mehr sauber eingebracht und gut verdichtet werden. Um einen Mehrver¬brauch an Kies zu vermeiden,sind zusätzliche Massnahmen erforderlich, wie z.B. Behand¬

lung des Untergrundesmit Kalk als Bauhilfsmassnahme,Einbringen einer Vliesmatte usw.

Für einen Dimensionierungsverkehrgrösser als 20 000 Normachslasten ist die Variante I inerster Linie als Bezugsoberbau anzusehen, der es erlauben soll mit den angegebenen Mate¬rialwerten andereOberbauvariantenmöglichst einfach zu bestimmen.

66

Abbildung 32: Oberbauvarianten fürW=5 000, Erschliessungsstrassen

Variante I Variante II

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* z.ß./ 7 cm Tonwassergebundene Verschleissschicht, 5 cm Cutbackbelag

Abbildung 33: Oberbauvarianten fürW= 10 000, Erschliessungsstrassen


cm Deckschicht *

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*z.ß.: 7 cm Tonwassergebundene Verschleissschicht, 5 cm Cutbackbelag

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67

Abbildung 34: Oberbauvarianten für W= 20 000, Sammelstrassen

Variante I

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Variante II

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CBR% 0,5 1 2 3 4 5

* z.B.: 7 cm TonwassergebundeneVerschleisschicht, 5 cm Cutbackbelag

Variante III Variante IV

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68

Abbildung 35: Oberbauvarianten für W' = 40 000, Sammelstrassen

Variante I

cm Deckschicht *

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Variante II

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* z.B.: 7 cm Tonwassergebundene Verschleissschicht, 5 cm Cutbackbelag

Variante III

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Variante IV

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69

Abbildung 36: Oberbauvarianten für W=60000, Sammelstrassen

Variante I

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Abbildung37: Oberbauvarianten für W= 80 000, Sammelstrassen


cm Deckschicht *

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71

Abbildung 38: Oberbauvarianten für W= 100 000, Verbindungsstrassen


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72

Abbildung 39: Oberbauvarianten fürW= 150 000, Verbindungsstrassen


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73

Abbildung 40: Oberbauvarianten für W=200 000, Verbindungsstrassen


cm 5cm Cutbackbelag

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80

CBR% 0,5 CBR% 0,5 3 4 5

74

6. LITERATURVERZEICHNIS

(1) Kuonen, V.: Generelle Erschliessungsplanung. Unterlagen zur Vorlesung, Abt. VI, ETH-Zürich, 1979.

(2) Vereinigung Schweizerischer Strassenfachleute (VSS): Normensammlung der Vereini¬gung Schweizerischer Strassenfachleute,Zürich.

(3) Kuonen, V.: Einführungsreferat. Kurs über Wald- und Güterstrassenbau an der ETH-Zürich, 4. bis 6. Oktober 1976.

(4) Hirt, R.: Bau- und Unterhaltskosten von Wald- und Güterstrassen.Schweizerische Zeit¬schrift für Forstwesen, Nr. 4, April 1977.

(5) Hirt, R.: Dimensionierung und Verstärkung von schwach beanspruchten Strassen.Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen, Nr. 3, März 1972.

(6) Highway Research Board: The AASHO Road Test. Special Reports Nr. 61A bis 61 F,1961 und 1962.

(7) Dietrich, K.: Bau von Verkehrsanlagen. Unterlagen zur Vorlesung, Institut für Verkehrs¬planung und Transporttechnik, ETH-Zürich.

(8) Van Til, C.J.; McCullough, B.F.; Vallerga, B.A.; Hicks, R.G.: Evaluation of AASHO In¬terim Guides for Design of Pavement Structures. NCHRP Report 128,1972.

(9) Giudicetti, F.; Bonjour, J.: Zulässige Deflektionswerte für schweizerische Strassen inflexibler Bauweise. Forschungsauftrag Nr. 25/67, Zürich, 1971.

(10) Jones, A.: Tables of stresses in Three-Layer Elastic Systems. Highway Research BoardBulletin 342, Washington, 1962.

(11) Dormon, G.M.; Edwards, J.M.: Die Bemessung flexibler Fahrbahnbefestigungen. Bitu¬men 28, Nr. 1, 1966.

(12) Heukelom, W.; Forster, CR.: Dynamic Testing of Pavements. Proceedings of AmericanSociety of Civil Engineers, 86, 1960.

(13) Jones, R.: In situ measurement of the Dynamic Propertiesof soil by Vibration methods.Geotechnique 8, 1958.

(14) Hirt, R.: Verstärkungvon schwach beanspruchten Strassen. Kurs über Wald-und Güter¬strassenbau an der ETH-Zürich,4. bis 6. Oktober 1976.

(15) Highway Research Board: Guidelines for Satellite Studies of Pavement Performance.NCHRP Report 2A, 1964.

(16) Burmister, D.M.: The General Theoryof Stresses and Displacementsin layered Systems.Journal of Applied Physics 16, 1945.

(17) Kirk, J.M.: Calculating the Thicknessof Road Courses. Proceedings Xllth Congressofthe Permanent InternationalAssociation of Road Congresses, Rome, 1964.

75

(18) Kirk, J.M.: Beregning of nedsynkningen i lagdelte systemer. Statens Vejlaboratorium,Dansk Vejtidsskrift, Nr. 12, 1961.

(19) Institut für Grundbau und Bodenmechanik: Chevron-5-Schichten-Programm.InternerBericht Nr. 254 J, Institut für Grundbau und Bodenmechanik, ETH-Zürich,1971.

(20) Kuonen, V.: Probleme des forstlichen Strassenbaus. Schweizerische Zeitschrift für Forst¬wesen, Nr. 1, Januar 1965.

(21) Ott, E.: Erhebungen über den gegenwärtigen Zustand des SchweizerWaldes als Grundla¬ge waldbaulicher Zielsetzungen. Mitteilungen der Schweizerischen Anstaltfür das forstliche Versuchswesen,Bd. 48, Heft 1, 1972.

(22) Weber, R.: Zur Anlage eines Güterwegnetzes. Institut für Kulturtechnik, ETH-Zürich,1977.

(23) Bundesministeriumfür Ernährung, Landwirtschaft und Forsten: Neuordnungdes ländli¬chen Raumes durch Flurbereinigung. Sonderheft der Schriftenreihe fürFlurbereinigung, Landwirtschaftsverlag GmbH, Hiltrup (Westfalen),1972.

(24) Giudicetti, F.: Experimentelle Untersuchung des jahreszeitlichenTragfähigkeitsverlaufesdes Untergrundesund der Fundationsschicht für die Strassendimensionie-rung, 1970 (unveröffentlicht).

(25) Highway Research Board: The AASHO Road Test. Proceedings of a Conference HeldMay 16-18, 1962, St. Louis, Mo., Special Report 73, Washington, 1962.

76

7. ANHANGKornverteilungsbereich und Plastizitätseigenschaftender untersuchtenBöden

7.1 Siltiger Ton (USCS: CL, Herkunft:Fällanden)

100-

o> 80

u 40itu

20

Ton Silt Sand Kies

0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2 6 20 60mm

Fliessgrenze wL 27,2 %

Ausrollgrenze WP 14,7%Plastizitätindex In 12,5%

7.2 TonigerSand mit viel Feinanteilen (USCS: SC-CL,Herkunft:Uffikon)

Ton Silt Sand Kies100-

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0,002 0,006 0P2 0,06 0,2 0,6 2 6 20 60mm


Ausrollgrenze WP 18,0%Plastizitätsindex In 7,2 %

77

7.3 TonigerSand mit viel Feinanteilen (USCS: SC-CL, Herkunft:Altishofen)

100-Ton Silt Sand Kies

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Ausrollgrenze WP 14,8%

Plastizitätsindex In 8,2 %

7.4 Toniger Kies mit viel Feinanteilen (USCS: GC-CL, Herkunft:Zollikerberg)

Ton Silt Sand KieslOU *$?*"<$fo> 80

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0 F--0,002 0P06 0P2 0P6 0,2 0,6 2 6 20 60mm

Fliessgrenze Wi

Ausrollgrenze WpPlastizitätsindex ln

26,3 %

15,5 %

10,8%

78

8. ZUSAMMENFASSUNG

Sehr viele Methoden für die Dimensionierung und die Verstärkung des Oberbaus von Strassen— so auch die Normen der Vereinigung Schweizerischer Strassenfachleute — basieren im we¬

sentlichen auf den Ergebnissen des AASHO-Strassentests.Die Empfehlungen des "AASHO-

Interim Guide" scheinen sich beim Bau von Hauptverkehrsstrassen im allgemeinen gut zu be¬

währen. Sie wurden aber kaum auf die Strassen mit geringem Verkehr (W < 200 000 Norm¬

achslasten) erweitert, da einerseits die Bedeutung des sekundären Strassennetzes vernachlässigtworden war und anderseits nur wenige, kaum gesicherte Angaben für diesen Strassentyp zur

Verfügung standen. Da die konstruktive Minimaldickeder Betonplatte für Strassen mit gerin¬gem Verkehr in jedem Fall ausreicht, wurde der starre Aufbau in dieser Untersuchung nicht be¬

rücksichtigt.

Ausgehend von der AASHO-Grundgleichungwurde eine Dimensionierungsformelabgeleitet,welche die geringeren Ansprüche an die Befahrbarkeit (Endbefahrbarkeit p = 1.5) und die Un¬

tergrundtragfähigkeit als Dimensionierungsgrösse berücksichtigt. Damit konnten eine Dimen¬

sionierungsformel und ein Dimensionierungsnomogrammangegebenwerden, welche die folgen¬den Parameterenthalten:

— Untergrundtragfähigkeit als CBR-Wert

— Verkehr W in Normachslastenvon 8.2 t

— Umgebungsbedingungen als Regionalfaktor R

Die erforderliche Oberbaudicke wird dabei als StärkenindexSN = 2 a* ; D* angegeben; der die

Aufstellung gleichwertiger,aber aus verschiedenen Baustoffen aufgebauter Oberbauvarianten

ermöglicht.

Für die VerstärkungbestehenderStrassen wurde ein Verfahrenentwickelt, welchesauf der ela¬

stischen Deflektion basiert. Aufgrund von Messwerten von über 100 km Strassen wurde eine

gut gesicherte empirische Beziehunggefunden,welche die Deflektion in Funktion des Stärken¬

indexes und der Bodentragfähigkeit angibt. Mit dieser Beziehungund der Dimensionierungsfor¬mel konnte eine Gleichungfür die Verstärkung des Oberbaus bestehenderStrassen abgeleitetwerden. Die notwendige Verstärkungwird dabei als zusätzlicherStärkenindexA SN = Saj ¦ D*

ausgedrückt, so dass wiederumgleichwertige Varianten bestimmt werden können.

Diese Gleichungoder das entsprechendeDiagramm enthält die folgenden Parameter:

— massgebende elastische Deflektion dm— Untergrundtragfähigkeit als CBR-Wert

— Verkehr W in Normachslastenvon 8.2 t

— Umgebungsbedingungen als Regionalfaktor R

In diesem Zusammenhang konnte auch eine Formel zur Bestimmungzulässiger Deflektions¬

werte (dzu|) in Funktion des VerkehrsW und des Regionalfaktors R abgeleitet werden. Diese

Werte weichen erheblich von den Werten der Normen der VSS ab.

79

Sowohl für die Dimensionierungals auch für die Verstärkung der Strassen mit geringem Ver¬

kehr sind die Untergrundtragfähigkeit, der Verkehr, der Regionalfaktor und die Tragfähigkeits¬werte (a-Werte) der Baustoffe bedeutsam, so dass diese Parameternäher untersucht wurden.

Für die Bestimmungder Untergrundtragfähigkeit wurde ein Verfahren vorgeschlagen, welchesdie Bodenverhältnisse und die dabei mögliche Messtechnikberücksichtigt.

Für die Erfassung des Verkehrs auf Wald- und Güterstrassen wurden die Lastäquivalenzfakto¬ren für forst- und landwirtschaftliche Fahrzeuge pro Kubikmeter bzw. pro Tonne Nutzlast be¬

stimmt. Mit diesen Faktoren und der Strassendichte konnten einfache Formeln und Diagram¬me zur Ermittlung des Dimensionierungsverkehrs(Baustellen- und Bewirtschaftungsverkehr)aufgestellt werden. Daraus lassen sich auch Richtwertefür den DimensionierungsverkehraufWald- und Güterstrassen angeben.

Der Einfluss des Regionalfaktors auf den Stärkenindexbzw. die Oberbaudicke ist gering, so

dass sich eine genaue Ermittlung erübrigt. Durch Auswertung vorhandener Unterlagen wurden

für die Schweiz je nach Höhenlage Regionalfaktoren von 1.0, 1.5 und 2.0 vorgeschlagen.

Die Tragfähigkeitskoeffizienten (a-Werte) verschiedener Oberbaumaterialienwurden mittels

Deflektionsmessungenüberprüft. Die erhaltenen Werte zeigen eine gute Übereinstimmung mit

denjenigen aus dem AASHO-InterimGuide.

Schliesslich wurden Dimensionierungsdiagramme für die verschiedenen Strassentypen darge¬stellt. Diese erlauben dem Praktiker sehr schnell die Oberbaudicke der gebräuchlichsten Auf¬

bauten in Funktion des Verkehrs und der Untergrundtragfähigkeit zu bestimmen.

80

Summary

A great many road pavement design and overlay design procedures are based essentially on the

results of the AASHO Road Test. This also applies to the Standards adopted by the Union of

Swiss Highway Engineers. The recommendations of the AASHO Interim Guide appear to be

quite successful in general for the construction of main roads. However, they were never reallyadapted to the requirementsof low volume roads (W < 200 000 equivalent 18 kip single-axleload) because the importance of the secondary road network had been neglected on the one

hand and only little, and not usually significant, Information was available for this type of

road on the other hand. Since the structural minimum thickness of the concrete pavementwould be sufficient for low volume roads in any case, the rigid pavement was not taken into

consideration in this research project.

Based on the AASHO basic equation a design formula was deduced taking into account the

reduced demandson the present serviceability index (terminal serviceability index p = 1.5) and

the soil supportvalue as design factor. It was thus possible to indicate a design formula and a

design nomogram with the following parameters:

— soil supportas CBR value,— traffic W converted to equivalent 18-kip single-axle load,— climatic and environmentalconditions as regional factor R.

The necessary pavement thickness is indicated as structural number SN = 2 a* ¦ D* which makes

it possible to work out pavement design Solutions which are of equal value but use different

pavement materials.

A method has been developedfor overlay design of existing roads based on flexible deflection.

Using data obtained from over one hundred kilometers of road a truly significant empiricalcorrelationwas developed indicating deflection as a function of the structural number and the

soil support value. This correlationand the design formula made it possibleto deduce an equa¬

tion for overlay design of the pavement of existing roads. The overlay design required is indi¬

cated in this connectionas additional structural number A SN = 2 a* • D* so that equivalentSolutions may again be worked out.

This equation or the corresponding diagram contain the following parameters:

— relevant flexible deflectiondm,— soil supportas CBR value,— traffic W converted to equivalent 18-kip single-axle load,— climatic and environmentalconditions as regional factor R.

In this connection, a formula was also deduced to determine permissible deflexion values

(dzu|) as a function of the traffic W and the regional factor R. These values differ considerablyfrom those of the Standards of the Union of Swiss Highway Engineers.

81

Soil support value, traffic, regional factor and structural layer coefficients (a-values) of the

pavement materials are important both for design and for overlay design of low volume roads

so that these parameterswere investigated more closely.

A method was suggested for determining the soil supportvalue taking into account soil condi¬

tions and possible measuringtechniques.

To assess the traffic on forest and agricultural roads the load equivalence factorsfor forest and

agricultural traffic per cubic meter or per metric ton of commercial load, respectively, were

determined.

With these factors and the road spacing it was then possible to work out simple formulasand

diagrams for assessing the pavement design traffic (traffic due to construction site and for

forestry and agricultural purposes). This also allows to indicate Standard values for designtraffic on forest and agricultural roads.

The influence of the regional factor on the structural number or the pavement thickness,

respectively, is small so that it is unnecessary to assess it exactly. By evaluating existing data

regional factorsof 1.0, 1.5, and 2.0, depending on altitudes, were proposed for Switzerland.

The structural layer coefficients (a-values) of various pavement materials were checked bymeans of deflection measurements. The values received correspond well with those of the

AASHO Interim Guide.

Finally, design diagrams for the various road types were made. They enable the road engineerto determine very quickly the thickness of the most usual pavements as a function of traffic

and soil supportvalue.

Lebenslauf

Ich wurde am 23. Dezember 1945 in Sierre VS als Sohn des Georges und der Marie Burlet-

Mounier geboren.In Sion besuchte ich die Primär- und Sekundärschule. Dort schloss ich 1965 das Gymnasiummit dem Maturitätszeugnis ab. Anschliessend begann ich mein Studium an der Abteilung für

Forstwirtschaft an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich. Es wurde unterbro¬

chen durch ein Praktikum von 13 Monaten. 1971 beendigte ich das Studium mit dem Diplomals Forstingenieur und erhielt gleichzeitig das eidgenössische Wählbarkeitszeugnis.Seit Beendigung des Studiums arbeitete ich zuerst als Unterrichtsassistentund später als wis¬

senschaftlicher Mitarbeiter unter der Leitung von Professor V. Kuonen an der Professur für

forstliches Ingenieurwesen der ETH-Zürich.

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