Optimierung von Fugensystemen in Betonfahrbahndecken - Messtechnische Grundlage zur Ermittlung realer Beanspruchungen in situ

In den letzten Jahren zeigte sich die Verfügbarkeit und reale Lebensdauer von Betonfahrbahndecken, insbesondere im BAB-Netz, im Vergleich zur designten Lebensdauer in zunehmendem Maße als unbefriedigend. Dies ist sicherlich auf die stetige Zunahme des Schwerverkehrs zurückzuführen, die eine höhere Belastung der Konstruktion nach sich zieht, nicht zuletzt aber auch auf die mangelnde Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit der Fugen- und Fugenfüllungssysteme zwischen benachbarten Betonfahrbahnplatten-Fugenkonstruktionen und darin angeordnete Fugenfüllsysteme müssen dauerhaft flexibel, lagestabil und robust gegenüber den maßgebenden äußeren Einwirkungen und Beanspruchungen sein und den Fugenspalt vor dem Eindringen von Wasser, Verschmutzungen, Tausalzbeanspruchungen, Öl und sonstigen Substanzen schützen. Es ist nunmehr Stand der Erkenntnisse, dass mangelhafte Fugen-Performance und unzureichendes Gebrauchsverhalten sowie Dauerhaftigkeit von Fugenfüllsystemen direkt mit beeinträchtigter Fahrbahn-Performance und Lebensdauer des Beton-Fahrbahnbelages einhergehen. Geschädigte Betonautobahnen zeigen oftmals Anzeichen einer zuvor eingeschränkten bzw. mangelhaften Funktionalität und Dauerhaftigkeit der Fugenkonstruktion und Fugenfüllung. Eine wesentliche Ursache für diese Erscheinungsbilder sind in den veralteten Dimensionierungs- und Bemessungsregelungen sowie den zu erbringenden Eignungsnachweisen für Fugenkonstruktionen zu suchen. So beruhen die derzeitigen Konstruktions- und Validierungsgrundsätze auf Erkenntnissen, die auf den Wissenstand vergangener Jahrzehnte zurückzuführen sind. Sind spiegeln nicht in ausreichendem Maße den aktuellen Stand der Beton- und Straßenbautechnologie wider. Um diese Wissenslücke zu überbrücken, müssen auf dem Weg zu dauerhaft leistungsfähigen Fugen und Fugenfüllsystemen zunächst die realen Einwirkungen im Bereich der Fugen von hoch beanspruchten Betonfahrbahndecken unter den aktuellen Straßenbaubedingungen und Nutzungsbedingungen aufgeklärt werden. Neben klimatischen und straßentypischen Einwirkungen stellen insbesondere quasistatische saisonale und verkehrsinduzierte dynamische Fugenbewegungen wesentliche Beanspruchungen dar. Voraussetzung zur Aufklärung dieser Fugenbewegungen ist ein neues, innovatives und sensitives Sensorsystem, welches unter den Bedingungen der Autobahnpraxis schnell und sicher in entsprechend beanspruchte Bereiche installiert werden kann und in der Lage ist, stabile und hochaufgelöste Bewegungen in mehrere Raumrichtungen zu erfassen. Das durch die BAM neu entwickelte Sensorsystem ist geeignet, um direkt in die Betonfahrbahndecke integriert zu werden und sowohl über saisonale Messbereiche als auch in hoher Auflösung entsprechende Messwerte online zu erfassen und bereit zu stellen. Das für diesen Zweck entwickelte innovative Sensorsystem kann direkt in die Rollspur auf beiden Seiten der Fuge eingebaut werden und ist dafür ausgelegt, LKW-Überfahrungen zu widerstehen. Es ist schnell und präzise genug, um die realen Bewegungen in allen drei Raumachsen in Echtzeit erfassen zu können. Die wesentlichen technischen Eigenschaften sind eine Messfrequenz von bis zu 2000 Hz, eine Auflösung von bis zu einem Mikrometer und eine widerstandsfähige Sensorumhausung, die der direkten Überrollung durch LKW sowie allen chemischen und klimatischen Beanspruchungen in der Praxis standhalten kann. Dieser Forschungsbericht beschreibt das Funktions- und Wirkschema des Sensorsystems und seine Validierung im Labor- und Feldmaßstab. Die mit dem Sensorsystem gewonnenen Daten können eine Grundlage für die Konzeption einer performance-basierten Bewertung von Fugenfüllsystemen in Betondecken von Bundesautobahnen bieten. Sie sind geeignet, die Funktionsmechanismen der verschiedenen Betonfahrbahnkonstruktionen besser zu verstehen und zielgerichtet konstruktive und materialtechnische Optimierungen und Fortentwicklungen von Fugenkonstruktionen und Fugenfüllsystemen in gebrauchsbezogener Weise zu entwickeln. Durch weitere Datenerhebung, -fusion und -analyse können Instandsetzungsintervalle und Lebensdauerzyklen besser abgeschätzt und geplant werden.

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