Bundesfernstraßen: Dauerhafte Betondecken – störungsfreier Fernverkehr
Die Vorzüge der Betonbauweise im Straßenbau – Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit – werden in Zukunft noch wichtiger dafür sein, dass unser Bundesfernstraßennetz weiter seine wichtige Funktion als Garant für Mobilität und störungsfreien Güterverkehr in einer arbeitsteiligen Wirtschaft erfüllen kann.
Schon jetzt werden 84 % der Güter in der Bundesrepublik Deutschland auf der Straße transportiert [3]. Obwohl die Bundesfernstraßen – hierzu zählen die Bundesautobahnen und die Bundesstraßen – nur 23 % Anteil am Gesamtstraßennetz (hier ohne Gemeindestraßen) haben, tragen sie rund 48% der Jahresfahrleistungen. Bei den Bundesautobahnen allein sind es bei 5,6 % Anteil am Gesamtstraßennetz 33 % des Verkehrsaufkommens [2]. Das Bundesfernstraßennetz heute zukunftssicher zu bauen, heißt, es für die bis 2030 prognostizierte Steigerung der Gütertransporte über die Straße von 17 % gegenüber 2010 zu ertüchtigen [3].
Der Schwerlastverkehr hat für die Beanspruchung einer Straßenkonstruktion eine besondere Bedeutung. Eine Überfahrt einer LKW-Achse mit 11,5 t Achslast verursacht etwa die gleiche Beanspruchung wie 280.000 Überfahrten von PKW-Achsen mit 0,5 t-Achslast [4]. Verkehrsmessungen haben außerdem ergeben, dass LKW heute viel intensiver ausgelastet werden als früher und immer häufiger auch erheblich überladen sind [5]. Beim Landesbetrieb Straßen NRW stieg zudem die Zahl der Anhörungen zu zulassungspflichtigen Schwerlasttransporten von 73.000 in 2005 auf 111.000 in 2009 [5].
Straßenkonstruktionen im Bundesfernstraßennetz müssen also genügend tragfähig sein, um den Beanspruchungen von zahlreichen LKW mit hohen Achslasten ohne Verformungen zu widerstehen und durch eine lange Liegedauer mit großen Wartungsintervallen den Verkehr möglichst störungsfrei zu (er)tragen.
Tragfähig – dauerhaft – lärmmindernd - ökologisch
Die Betonfahrbahndecke kann hier bei sachgerechter Herstellung und ständig wirksamer Entwässerung ihre Vorteile ausspielen:
- Hohe Tragfähigkeit mit großen Tragfähigkeitsreserven
- Verformungsstabilität
- Gute Griffigkeit
- Helligkeit
- Dauerhaftigkeit mit den damit verbundenen geringen Aufwendungen für die bauliche Erhaltung
Stabil bei jeder Temperatur
Die Tragfähigkeit der Betonfahrbahndecke ist bei sehr hohen Temperaturen genauso groß wie bei normalen und sehr niedrigen. Spurrinnen, Verdrückungen und Wellen treten daher bei ihnen nicht auf. Schubbeanspruchungen infolge üblicher Verkehrsbelastung können dagegen bei Asphaltdecken in den oberen 10 cm bis 14 cm besonders bei Erwärmung im Sommer zu bleibenden Verformungen führen. Die Betonfahrbahndecke ist in der Lage, große Lasten gleichmäßig und wirksam auf ihre Unterlage zu verteilen und Minderungen der Tragfähigkeit im Unterbau während der Tauperiode sowie lokal begrenzte Tragfähigkeitsverluste zu überbrücken. Bei großen Achslasten und dem weiter zunehmenden Schwerverkehr weist die Betondecke das bessere Gebrauchsverhalten auf, was tagtäglich insbesondere in der Lastspur von Bundesautobahnen unter Beweis gestellt wird.
Wirtschaftlich durch lange Lebensdauer
Lebensdauern von 30 Jahren und mehr ohne strukturelle Schäden sind für Betonfahrbahndecken kein Problem. Daher geht man im Verlauf der Nutzungsphase von einem deutlich geringeren Erhaltungsaufwand im Vergleich zu Asphaltbauweisen aus.
Untersuchungen zeigen auch, dass nach 23 Jahren Nutzung lediglich 5 % der Betonfahrbahndecken auf Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln erneuert werden müssen. Für Asphaltdeckschichten beträgt dieser Anteil je nach Bauweise auf Autobahnen 80 % bis 100 %, auf Bundesstraßen rund 100 %. Die mittlere Nutzungsdauer wird für Betonfahrbahndecken mit 25 bis 30 Jahren und für Asphaltdeckschichten mit 11 bis 16 Jahren angegeben. Aus heutiger Sicht ergeben sich aus den vorhandenen Untersuchungen für Betondecken
Lebensdauern von bis zu 40 Jahren und darüber. [6].
Bei einer Betrachtung über die gesamte Nutzungsdauer zeigt sich, dass die Nutzerkosten bei Betonstraßen wegen des geringeren Verschleißes, der längeren Nutzungsdauer und des geringeren Erhaltungsaufwands sehr gering sind. Die Minimierung der für Bauarbeiten erforderlichen Sperrungen sorgt für weniger Staus und damit einen unschätzbaren volkswirtschaftlichen Vorteil.
Waschbetonbauweise: Lärmmindernd, griffig, dauerhaft
Nach und nach hat die Betonfahrbahndecke mit Waschbetonoberfläche die konventionellen Oberflächenstrukturen (Besenstrich, Jutetuch) verdrängt. Hierbei wird auf dem fertig eingebauten Oberbeton ein Kontaktverzögerer aufgesprüht. Nach etwa 8 bis 24 h - je nach Witterung - wird der Feinmörtel weggebürstet, sodass eine Rautiefe von etwa 1,0 mm entsteht. Zunächst wurde diese Bauweise nur aus Gründen der Lärmminderung eingeführt. Die Lärmentwicklung von Kraftfahrzeugen im Geschwindigkeitsbereich über 50 km/h wird heute fast ausschließlich vom Reifenfahrbahngeräusch, auch Rollgeräusch genannt, verursacht. Fahrbahntextur und Reifenprofil beeinflussen den Pegel maßgeblich. In der Reifenaufstandsfläche kommt es zu Kompressions- und Dekompressionseffekten, die Schall erzeugen. Die Textur und auch das elastische Verhalten der obersten Schicht der Fahrbahnoberfläche beeinflussen in hohem Masse die Stärke der entstehenden Reifenfahrbahngeräusche. Gegenüber herkömmlichen Asphaltbelägen ermöglichen Betonfahrbahndecken mit Waschbetonoberfläche Lärmreduktionen von 2 bis 3 dB. Auch längs- oder gar quertexturierte Betonfahrbahndecken erzeugen wesentlich höhere Schalldruckpegel.
Die Tatsache, dass diese Bauweise auch zu einer hohen Griffigkeit führt und durch den Abtrag der oberen Feinmörtelschicht eine höhere Dauerhaftigkeit hat, sorgte für den Einsatz auch in lärmunsensibleren Bereichen [7].
Ökologische Bauweise
Eine Ökobilanz für die Herstellung und Nutzung eines 1 km langen, vierspurigen Autobahnabschnitts mit einem 85 cm dicken Oberbau [8] zeigt:
- eine höhere Umweltwirkung der Betonbauweise in der Herstellphase,
- eine höhere Umweltwirkung der Asphaltbauweise in der Nutzungsphase,
- keine signifikanten Unterschiede bei der Betrachtung über Herstellungsphase plus Nutzungsphase.
Gleichzeitig zeigte die Untersuchung, dass einer „treibstoffsparenden“ Bauweise eine deutlich größere Bedeutung zukommt als einer Bauweise mit geringen Umweltwirkungen während der Herstellung und Nutzung.
Zur ökologischen Betrachtung einer Bauweise gehört auch die Überlegung, was am Ende der Nutzungsdauer mit den Abbruchstoffen geschieht. Die Deponierung und Verwendung neu gewonnener Rohstoffe ist dabei die ökologisch und ökonomisch am wenigsten befriedigende Methode. Die aus alten Betondecken gewonnenen Gesteinskörnungen erfüllen die Anforderungen an den Frostwiderstand in den „Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau“ (TL Gestein-StB). Sie werden als Gesteinskörnung in Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln, in Schottertragschichten unter Betondecken sowie in Frostschutzschichten eingesetzt. Die Verwendung in einem Deckenbeton erfordert Voruntersuchungen und erweiterte Bauüberwachungsmaßnahmen [9].
Beton nicht nur für die Autobahn
Diese unbestreitbaren Vorzüge der Betonbauweise haben dazu geführt, dass schon 28 % der Bundesautobahnen eine Fahrbahndecke aus Beton haben, Tendenz steigend. Der Anteil am gesamten deutschen Straßennetz liegt aber unter 1 %, obwohl die Betonbauweise auch bei den wichtigen Bundes- und Landesstraßen sehr oft wirtschaftlich eingesetzt werden kann.
Bundesstraße mit Waschbetonoberfläche bei Friedberg in Hessen
Bundes- und Landesstraßen stellen die Verbindung zwischen den übergeordneten Bundesautobahnen und den Wohn- und Gewerbegebieten der Mittel- und Unterzentren her. 40.000 km Bundesstraßen und 86.000 km Landesstraßen sorgen dafür, dass die Güter der mittelständischen Industrie, der Motor der deutschen Volkswirtschaft, zeitnah zum Kunden kommen [1]. Ihre Bedeutung bekommen Personen- und Güterverkehr besonders zu spüren, wenn wegen Baumaßnahmen an den meist nur zweispurigen Straßen Sperrungen unvermeidbar sind. Und die Häufigkeit solcher Baumaßnahmen steigt bei den herkömmlichen Bauweisen für den Straßenoberbau von Bundes- und Landesstraßen mit der Zunahme der Verkehrsbelastung, insbesondere des Schwerlastverkehrs.
Auch hier kann die Betonbauweise aufgrund der schon genannten Vorteile Kosten sparen und die Verfügbarkeit der Straße erhöhen. Es müssen aber bestimmte Kriterien erfüllt sein, damit die Betonbauweise in der Gesamtbetrachtung wirtschaftlich eingesetzt werden kann. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn auf der Strecke im Durchschnitt täglich mehr als 12 500 Fahrzeuge verkehren und wenn die Summe der gewichteten äquivalenten 10-t-Achsen über 3 Millionen liegt [10]. Der dann zu wählende Straßenaufbau gemäß RStO begünstigt die Betonbauweise, wenn die Zahl der Einmündungen und Kreuzungen sowie die Häufigkeit der Quergefällewechsel gering sind.
Auch bei Erneuerungen bestehender Strecken lässt sich die Betondecke wirtschaftlich realisieren, wenn ein Fahrstreifen oder eine Fahrbahn vollständig für den Verkehr gesperrt werden kann [10].
Aus betrieblicher und volkswirtschaftlicher Sicht wird der Straßenverwaltung empfohlen, die Betonbauweise für den Bau von Ortsumfahrungen mehr als bisher in Betracht zu ziehen, denn – so der Leitende Regierungsbaudirektor Heinze, Vorstand im Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen – bei der Eröffnung der B 8n „Ortsumgehung Düsseldorf-Kaiserswerth“ im Mai 2002: «Beton hält dreimal so lang wie Asphalt, also rund 30 Jahre»[9].
Die praktische Umsetzung
Hier sind Angaben zu Konstruktion, Bemessung, Betonzusammensetzung und Bau einer Straße mit Betonfahrbahn zu finden:
Weiterführende Literatur
[1] Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung:
Verkehr in Zahlen; Ausgabe 2014/2015
[2] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung: Verkehrsinvestitionsbericht 2010
[3] Bundesministerium für und digitale Infrastruktur:
Verkehrsverflechtungsprognose 2030
[5] Joachim Naumann:
Brückenertüchtigung jetzt – Ein wichtiger Beitrag zur Sicherung der Mobilität auf Bundesfernstraßen. Heftreihe Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.V. Heft 22
[6] Hinsch, K.; Maerschalk, G.; Pingel, C.:
Untersuchungen zur Häufigkeitsverteilung von Erhaltungsmaßnahmen und Erhaltungsintervallen aufgrund von Netzanalysen zur Fortschreibung der Bedarfsermittlung für Bundesfernstraßen, Schlussbericht zum FE 9.064, München, April 1990
[7] Update 1/2007 „Akustisches Langzeitverhalten von Waschbetonoberflächen“
[8] Lowke, D.; Stengel, T.; Milachowski, C.:
Erstellen einer Ökobilanz für die Herstellung und Nutzung eines Autobahnabschnitts, TU München, 2009
[9] Oesterheld, Rene; Peck, Martin; Villaret, Stephan: Straßenbau heute – Betondecken
[10] update 3/2003 Ortsumfahrungen mit Betonfahrbahndecke
