Einfluss der Tragfähigkeit auf die Wasserdurchlässigkeit von Tragschichten ohne Bindemittel

Für Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) wird in den Regelwerken des Straßenbaus neben einer ausreichenden Tragfähigkeit auch eine ausreichende Wasserdurchlässigkeit gefordert. Während für die Tragfähigkeit je nach Bauweise, Bauklasse und Schichtdicke konkrete Anforderungen an den E_v2-Wert bestehen, gibt es derartig konkrete Forderungen für die Wasserdurchlässigkeit bisher nicht. Dies liegt einerseits daran, dass deren Prüfung noch nicht verbindlich geregelt ist. Andererseits liegen kaum Erkenntnisse vor, welche Wasserdurchlässigkeiten mit ToB unter Praxisbedingungen überhaupt erzielt werden können, wenn gleichzeitig die Anforderungen an Verformungsmodul und Verdichtungsgrad zu erfüllen sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, wie die Wasserdurchlässigkeit von ToB unter Baustellenbedingungen geprüft werden kann und welcher Zusammenhang zwischen Verformungsmodul und Wasserdurchlässigkeit besteht und ob diese Eigenschaften baustofftechnisch oder bautechnologisch beeinflussbar sind.

Auf 8 ToB-Versuchsfeldern in einem Lysimeter wurden Vergleichsuntersuchungen mit den Prüfgeräten Tropf-, Doppelring- und Standrohr-Infiltrometer durchgeführt. Die Hauptuntersuchungen fanden auf zwei Versuchsstrecken in Schotterwerken statt. Untersucht wurde zunächst, wie sich die Variation der Parameter Korngrößenverteilung, Kornform und Sandtyp sowie Verdichtungswassergehalt und Verdichtungsgrad auf die Eigenschaften der ToB im Neuzustand auswirken. Im weiteren Verlauf wurden die Auswirkungen definierter Beanspruchung durch Bauverkehr untersucht.

Die Untersuchungen führten zu folgenden Schlussfolgerungen für die Praxis:

Die Bestimmung des Infiltrationsbeiwertes k_i ist grundsätzlich mit allen drei getesteten Infiltrometern möglich. Für die Bewertung der Wasserdurchlässigkeit sind mehrere Messungen erforderlich um Einflüsse aus Inhomogenitäten zu kompensieren. Es wird empfohlen, sich bei der Anzahl der Durchlässigkeitsmessungen und bei der Auswahl der Messpunkte an den Tragfähigkeitsmessungen zu orientieren.

Ein Einfluss der Korngrößenverteilung auf Wasserdurchlässigkeit und Tragfähigkeit ließ sich unter Baustellenbedingungen nur für ein sandarmes Baustoffgemisch nachweisen. Die vermuteten und z.T. im Labor nachweisbaren Einflüsse aus Kornform, Sandtyp (Natursand oder Brechsand) und Verdichtungswassergehalt sind unter Praxisbedingungen von untergeordneter Bedeutung. Bei Beanspruchung mit baustellenüblichem Bauverkehr nahmen i.d.R. die Tragfähigkeiten zu und die Wasserdurchlässigkeiten deutlich ab und dies weitgehend unabhängig vom Ausgangsniveau. Anfängliche Unterschiede zwischen den Gemischen bzw. Schichten wurden dabei ausgeglichen. Dem Bauverkehr kommt deshalb bei der Beeinflussung der Wasserdurchlässigkeit große Bedeutung zu.

Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Tragfähigkeit (Verformungsmodul E_v2) und Wasserdurchlässigkeit (Infiltrationsbeiwert k_i) konnte nicht nachgewiesen werden. Ursächlich dafür ist, dass es Einflüsse gibt, die nur eine der beiden Eigenschaften beeinflussen (z.B. Einfluss der Schichtdicke auf die Tragfähigkeit oder Einfluss der Kornverfeinerung an der Oberfläche auf die Durchlässigkeit). Es ist jedoch möglich, durch eine rechnerische Berücksichtigung der Schichtdicke der ToB und des Verformungsmodul der Unterlage einen Zusammenhang zwischen dickenabhängigem „Tragfähigkeitszuwachs“ und Wasserdurchlässigkeit von ToB aufzuzeigen. Für die hier untersuchten Baustoffgemische konnten jeweils tendenzielle Beziehungen zwischen „Tragfähigkeitszuwachs“ und Wasserdurchlässigkeit beschrieben werden.

Es hat sich gezeigt, dass die Messgrößen Infiltrationsbeiwert k_i und Verformungsmodul E_v2 unter Baustellenbedingungen erheblichen Veränderungen unterliegen. Für die Bewertung einer ToB hinsichtlich dieser beiden Eigenschaften ist es deshalb von Bedeutung, zu welchem Zeitpunkt (Zustand) diese Messgrößen ermittelt werden. Deutlich wurde auch, dass weder die Einhaltung einer bestimmten Grenzsieblinie noch der Nachweis einer bestimmten Wasserdurchlässigkeit im Labor eine ausreichende Sicherheit bieten, dass auch unter Einbaubedingungen eine hohe Wasserdurchlässigkeit gewährleistet ist. Wenn also die Wasserdurchlässigkeit von ToB von Interesse ist, sind Feldprüfungen zur Bestimmung des Infiltrationsbeiwertes k_i erforderlich.

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