Die Wahl des Vortriebes und die Art der Gebirgssicherung, deren gegenseitige baubetriebliche Abstimmung und Anpassung an die jeweiligen Gebirgsverhaltnisse, haben einen erheb- lichen Einfluss auf Bauzeit und Kosten unterirdischer Bauwerke. Letztlich bestimmen Zeit- und Kostenaufwand der Teilleistungen die Grenzen des nach wirtschaftlichen und sicherheitstechni- schen Massstaben vertretbaren Risikos. Es liegt in der Natur des Gebirges, dass die Gesteinsart, Schichtung, Lagerung, Kluftung u. a. innerhalb kurzer Streckenabschnitte wechseln koennen, und damit der Erfahrung des Ingenieurs eine besondere Bedeutung zukommt. Schon vor 30 Jahren hat Leins [1J darauf hingewiesen, dass infolge der vielen Unwagbarkeiten im Tunnelbau eine alleinige wissenschaftliche und rechnerische Erfassung der den Vortrieb beeinflussenden Faktoren nur bedingt moeglich ist. Eine ahn- liche Aussage hat auch heute noch fur den Bereich der Gebirgs- sicherung ihre Gultigkeit. Auf Grund der nur schwer quantifi- zierbaren Kenndaten des Gebirges und des mit Hilfe physikali- scher Ersat modelle praktisch und theoretisch nicht exakt nach- vollziehbaren Wechselspiels der Spannungs- und Verformungs ab- laufe nach dem Ausbruch muss der Erfassung und Wertung von. Bau- stellendaten als Grundlage weiterer Erkenntnisse ein besonderer Stellenwert beigemessen werden. Mit der ihn auszeichnenden Erfindungsgabe hat der Mensch seit den Anfangen des unterirdischen Bauens sich unterschiedlicher Vortriebswerkzeuge und Sicherungsmaterialien bedient. Zur Ab- stutzung und Unterfangung des Gebirges benutzte er zunachst Baustoffe wie Holz, Naturstein und Moertel, spater Stahl und Beton.

Helle oder dunkle Strassen sind im Hinblick auf die Ver- kehrssicherheit immer noch umstrittene Themen. Einer- seits erlauben helle Strassen eine gute optische Fuhrung und andererseits koennen, wenn die Strassen kunstlich be- leuchtet werden, erheblich bessere Leuchtdichten erzielt werden. Als Gegenargument fuhrt man oft den guten Kontrast an, den dunkle Fahrbahndecken gegenuber der hellen Fahr- bahnmarkierung aufweisen. Sicherlich sind die ersten Argumente gewichtiger als der Kontrast Fahrbahn zu Fahrbahnmarkierung, da vorn Sehvorgang bei einer hellen Strasse bessere Voraussetzungen zum Erkennen von Hindernissen gegeben sind. Da das Auge auf verschiedene Helligkeiten von Gegenstanden unterschiedlich reagiert und diese Empfindlichkeit bei geringen und sehr starken Hellig- keiten herabgesetzt ist, ist es die Aufgabe des Ingenieurs, gunstige Voraussetzungen fur die Sehbedingungen im Verkehrs- raum mit dem Ziel einer Verbesserung der Verkehrssicherheit zu schaffen. Zur Loesung dieses Problemkreises sind zwei Ingenieurbereiche angesprochen, einmal die Lichtingenieure zur Optimierung der Beleuchtungsseite und zum anderen die Bauingenieure, um inner- halb des Verkehrsraumes die Voraussetzungen von Seiten der Fahrbahn den Anspruchen anzupassen. Die Berucksichtigung beider Arbeitsergebnisse sollen schliesslich die guten Loe- sungen liefern, die die Kraftfahrer erwarten. Seitens der Bauingenieure liegen jedoch erst sehr wenige Forschun- und Erfahrungswerte vor, so dass zur Zeit noch auf diesem Gebiet Grundlagenarbeit geleistet werden muss. - 2 - 2. Wissensstand (Literaturubersicht) Die Helligkeit eines Gegenstandes hangt vom Licht, das auf diesen Gegenstand fallt, und von der Art und Grasse ab, wie dieser Lichtstrahl reflektiert wird. Sie wird als Leuchtdichte bezeichnet.

Die Oberflacheneigenschaften einer Strasse in Zusammen- hang mit Federung und Reifen bestimmen wesentlich die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort von Kraftfahrzeugen. Zielrichtung damit auftretender Untersuchungen sind die physikalischen Zusammenhange in der Wechselbezie- hung zwischen Fahrzeug und Strasse und damit im Beson- deren das Zusammenspiel der Kraftschlusspartner "Reifen und Fahrbahn". Von entscheidendem Einfluss auf diesen Vorgang sind da- bei die Gestaltsabweichungen von der idealen Ebenfla- chigkeit, die als Unebenheiten einer Fahrbahn bezeich- net werden. Diese lassen sich nach ihrer Struktur in verschiedene Klassen einteilen mit unterschiedlichem Einfluss auf das Kraftfahrzeug und den Fahrbahnkoerper. Als Grenzen fur die Klassierung gelten dabei die auf- tretenden Wellenlangen entsprechend den von ihrer Groesse abhangigen spezifischen Auswirkungen. Da aber nicht jede Abweichung der Fahrbahnoberflache von einer idealen Ebene das Fahrzeug zu unerwunschten Schwin- gungen anregt, ist zunachst der Begriff der Ebenheit nach unten gegen den Begriff der Rauheit und nach oben gegen die Begriffe der Langs- und Querebenheit abzugrenzen.

1m Verhaltnis zu den Berechnungen der Spannungs- und Verfor- mungseigenschaften im Stahl- und Stahlbeton stellen Aussagen liber Festigkeiten, Verformungsverhalten, Zerstorungsanfallig- keit und darnit auch Lebensdauer einer StraBenkonstruktion ein ungleich groBeres Problem dar. Das Verhalten einer bituminosen StraBenkonstruktion unter dyna- mischer Belastung aus Verkehr wird von einer langen Reihe kom- plex untereinander abhangiger Eigenschaften und deren Anderungen bestirnrnt, angefangen bei den mineralogisch-petrographischen Merkrnalen der Ausgangsgesteine liber deren Gewinnungsart, Weiter- behandlung und Mischung sowie Einbettung in ein Bindemittel bis hin zur Art des Bindemittels, des sen Verarbeitung und schlieB- lich zum Einbau des dreiphasigen Systems selbst. Die Einbeziehung dieser und aller weiteren moglichen Parameter in eine echte Bemessung im Sinne einer exakten Anwendung der Gesetze der Mechanik stellt ein wahrscheinlich unmogliches Unterfangen dar. Die Losung des Problems wird erleichtert - aber darnit weniger exakt - wenn eine Anzahl schwierig zu beschreibender EinfluBgroBen eliminiert wird, und die GroBe des Einflusses der librigen Merkmale auf eine zu fordernde Dicke nach statistischen Ansatzen mit Hilfe multipler Re- gression in ein Modell gefaBt wird. SolchermaBen im Sinne der Wahrscheinlichkeitsrechnung erstellte Theorien werden als stochastische Modelle bezeichnet. Die Erstellung eines solchen Bemessungsmodells wurde bereits im AASHO-Road-Test [17J und ahnlichen untersuchungen dargestellt.

Angesichts der er spurbarer werdenden Kluft zwischen dem Kraftfahrzeugbestand und den realen fur den StraBenbau zur Verfugung stehenden Finanzierungsmitteln verstarkt sich der Zwang, StraBenbefestigungen so aufzubauen, daB sie unter wahrung wirtschaftlicher Aspekte die durch den Verkehr ein- wirkenden Krafte aufnehmen konnen. Gleichzeitig mussen die Fahrbahnbefestigungen die zur sicheren, wirtschaftlichen und angenehmen Fortbewegung des Kraftfahrzeuges gestellten Anforderungen hinsichtlich - der Ebenheit - des KraftschluBverhaltens - des Reflexionsverhaltens - des Verformungswiderstandes - des VerschleiBwiderstandes erfullen. Die L5sung dieser komplexen Zusammenhange ist aber nur zu er- reichen, wenn es gelingt, die Beanspruchung im StraBenkorper zu analysieren und die einzelnen Zonen so zu dimensionieren bzw. solche Baustoffe zu verwenden, daB keine Schaden auftreten und die die Verkehrssicherheit beeinflussenden Faktoren nicht vernachlassigt werden. Neben empirischen [8,28,29,33] haben vor allem die theore- tischen Untersuchungen [40,46,48,60Jgezeigt, daB die Hohe der Radlast, die Anordnung der Achsen und der Bereifung sowie die Krafte zwischen Reifen und StraBenoberflache fur die Beanspru- chung und den Bestand der Fahrbahnbefestigung von groBer Be- deutung sind. Die theoretischen Bemessungsverfahren bauen im wesentlichen auf der Elastizitatstheorie auf. Abgesehen von einigen nahe- rungsweisen Berechnungsmoglichkeiten bei Betondecken liegen keine echten, mit Sicherheit verwendbaren Berechnungsverfahren fur den StraBenbau vor. Dies ist vor allem darauf zuruckzufGhren, daB nahezu alle verwendeten Baustoffe im StraBenbau keine rein - - elastischen K6rper sind und damit belastungs- und zum Teil auch temperaturabh ngige Materialkennwerte besitzen. Legt man den theoretischen Verfahren vereinfachende Annahmen Uber die Eigenschaften der Baustoffe und der Verkehrslasteinwirkung zugrunde, dann sind jedoch tendenzielle Aussagen moglich.

Die Verkehrsteilnehmer sind bei Dunkelheit besonderen Anforderungen ausgesetzt, da selbst bei beleuchteten Strassen die Sehbedingungen wesentlich ungunstiger sind als bei Ta eslicht. Im besonderen treten bei beleuchte- ten Strassen erhebliche Unterschiede in der Gute der Be- leuchtung und im Niveau d8r Leuchtdichte auf. Die Beleuchtung kann von lichttechnischer Seite konstruk- tiv optimiert werden, wahrend bei der Leuchtdichte, das ist die wahrgenommene Helligkeit auf der Fahrbahn, die Re- flexionseigenschaften der Fahrbahnoberflache eine wichtige Rolle spielen. Bei verschiedenen Lichteinfallsrichtungen muss von der Fahrbahnoberflache ein Teil in die Richtung des Beobachters reflektiert werden (Abb. 1). Abb. 1: Raumliche Darstellung des Reflexionskoerpers nach [2J - 2 - Die Reflexionseigenschaften von Fahrbahnbelagen sind standigen AEnderungen unterworfen, da die Verschleiss- beanspruchung durch den Verkehr die Oberflachengestalt beeinflusst. Ausserdem bedingt die Oberflachenfeuchtigkeit Wandlungen im Reflexionskoerper, so dass auf der Fahrbahn spiegelnde Zonen festzustellen sind, d. h. im Bereich der Fahrstreifen bilden sich Zonen sehr hoher Leuchtdichte, wahrend abseits dieser hellen Gebiete ein sehr niedriges Leuchtdichteniveau herrscht. Das menschliche Auge hat die Fahigkeit, sich auf eine mittlere Leuchtdichte im gesam- ten Gesichtsfeld einzustellen. Demzufolge sind bei den oben geschilderten Bedingungen einige Zonen des Gesichts- feldes zu hell und einige zu dunkel. Die hellen Bereiche fuhren zu einer unangenehmen Blendung und die dunklen Be- reiche weisen nicht genugende Helligkeit auf, damit Gegen- stande erkannt werden koennen. Insgesamt wird die Moeglich- keit, Hindernisse oder sonstige Gegenstande wahrzunehmen, herabgesetzt und der Sehkomfort gemindert.

In den letzten zehn Jahren wurde die Weiterentwicklung der Betonfahrbahndecke durch Ergebnisse theoretischer Untersuchun- gen sowie experimenteller Forschungsarbeiten beeinfluBt. So wurde vorgeschlagen, den Fugenabstand auf 5 m zu reduzieren, auf die Anordnung der Raumfugen - auBer vor Bauwerken - und auf eine Flachenbewehrung zu verzichten. Mit Einfuhrung der Tech- nischen Vorschriften und Richtlinien fur den Bau von Fahrbahn- decken aus Beton, TV Beton 72 [1J, wurde der Entwicklung inso- fern Rechnung getragen, daB die raumfugenlose Decke als eine der m6glichen Bauweisen vorgesehen ist. Fur StraBen der Bau- klassen I und II ist die raumfugen- und bewehrunqslose Decke heute als Regelbauweise anzusehen. Mit dero Verzicht auf die Raumfugen bei kurzeren Plattenlangen ergeben sich neben wirtschaftlichen Gesichtspunkten auch Vor- teile fur den Fahrkomfort. Besonders vorteilhaft wirken sich bei der raumfugenlosen Bauweise die Langsdruckspannungen, die in der Betondecke infolge Erwarmung entstehen, auf die Decke aus, da bei hochsommerlichen Temperaturen in den Nachmittags- stunden Biegezugspannungen infolge Verkehr und ungleichmaBiger Erwarmung von oben gar nicht auftreten oder nur gerinq sind. Da im Vergleich zu 7,50 m langen Platten bei 5 m langen Platten auch ein starker Abbau der W6lbspannungen erzielt wird, sind die Voraussetzungen gegeben, daB die Lebensdauer der Betondecken verlangert wird.

7. 101 101 7. 1 Motivierung der durchgeftihrten Dauerfestigkeitsversuche und Er- gebnis 7. 2 Kritischer Ausblick 104 107 8. Literaturzusammenstellung 113 Anhang 114 Abbildungen 141 Tabellen - VIII - Zusammenstellung der verwendeten Zeichen und Symbole AIIgemeines VR Versuchsreihe t Zeitlicher Termin, Stichtag b Breite von Probekorpern oder Fahrbahnplatten d Dicke von Probekorpern oder Fahrbahnplatten D Kantenlange von Betonprobewtirfel L, l Lange von Probekorpern oder Fahrbahnplatten Bereich der Platte bzw. Plattenkette, der durch behinderte Langenanderung infolge Reibung bean- sprucht wird Abstand eines betrachteten Plattenquerschnittes von der Raumfuge; Ix IR F Querschnittsflache von Probekorpern Flachenanteil des aus dem Mortel gelosten Korne tiber 5 mm Ausdehnung in der Zugzone der Probe- korper Flachenanteil des gebrochenen Splittkornes tiber 5 mm Ausdehnung in der Zugzone der Probekorper Resonanzfrequenz der Dehnwelle n (140) D Resonanzfrequenz der Dehnwelle bei einem Alter c Probekorper von 140 Tagen Resonanzfrequenz der Torsionswelle Resonanzfrequenz der Biegewelle - IX - Spannung, Festigkeit, Betonteehno1ogie o Spannung Festigkeit B Sieherheitsfaktor = Festigkeit: Spannung Druekfestigkeit, ermitte1t am WUrfe1 mit D em B (WD) Kanten1ange Biegezugfestigkeit, ermitte1t im Kurzzeitversueh Biegezugfestigkeit = Zeitfestigkeit, ermitte1t im dynamisehen Versueh Dauerfestigkeit (im fo1genden stets fUr Dauer- sehwingfestigkeit) Dauerfestigkeit bei Biegezugbeanspruehung Zugfestigkeit Spaltzugfestigkeit Spannungsanderung, Be1astungsgesehwindigkeit anteiliges Volumen des Zementsteins V m w Wasserzementwert Betonrohdichte desgl., ermittelt im Alter von 1 Tag Durchbiegung von Probebalken Verformung, im allgemeinen 61/1 bleibende Verformung . .

Ausgehend von der historisch belegten sttindigen Notwendigkeit, die beschrankten StraSenbaumittel dort einzusetzen, wo die Verbesse- rung vorhandener, unzulanglicher Zustande dies am dringlichsten bzw. erfolgreichsten erscheinen last, fehlte es besonders seit Beginn der Motorisierungsexpansion nach dem I. Weltkrieg nicht an Versu- chen, dieser Aufgabe gerecht zu werden. Es konnte jedoch im Anhang 0 des Forschungsberichtes [63J gezeigt werden, daS die verschiedenen vorgeschlagenen Verfahren meist aus GrUnden des Verfahrensaufbaus, der benutzten Grundlagen und Daten oder infolge des Fehlens von relevanten Zielvorstellungen nicht in der Lage waren bzw. sind, ihren Zweck funktionstUchtig zu erfUllen. In der vorliegenden Arbeit, die einen neuen Beitraa liefern soIl zur Bewertung von StraSen und zur notwendigen Drinqlichkeits- reihung von StraSenbaumaSnahmen, 'urde deshalb vor der Erarbei tung eines verfahrens versucht, mit Hilfe von ethoden der Svstem- technik zunachst darzustellen, wie und wo das StraBen esen als allgemein politische Aufgabe eingebettet ist in die Planun- und Investitionsaufgaben einer modernen Gesellschaft, wie demzu- folge der permanente Fachplanungs- und Realisierungs-ProzeB ablaufen muS und welche grundlegenden Bedingungen und Zusammen- 1 hange besondere Beachtung verdienen. Aus dieser Svstematik vurden die im StraSenwesen, besonders bei der kilnftigen Planunq und . Zl. usfiihrung von StraGenbaumafinahrnen gel tenden Grundlagen und zu verfolgenden Ziele sowie die Anforderunaen an ein "erfahren zur Bewertung und Dringlichkeitsreihung ormuliert. (Inter Benutzuna der neuesten Tendenzen in den Planungsrichtlinien hinsichtlich der differenzierten Charakteristiken des verkehrs im StraBennetz und der dements rechend angeoaBten Tvotsierunq und Charakterisierung der StraSennetzteile konnte den Zielvorstellungen ein Katalog von . Zl.

In jedem Jahr ereignen sich in der Bundesrepublik Deutschland etwa 1. 014. 000 StraBenverkehrsunfalle, davon 378. 000 Unfalle mit Personenschaden. Nach Ansicht der aufnehmenden Polizeibeamten sind an den Unfallen mit Personenschaden 532. 000 Ursachen betei ligt, davon wiederum 7. 200 Ursachen, die auf WitterungseinflUsse zurUckzufUhren sind 107J. Die Witterung ist somit nur zu 1,4 % an den Unfallen mit Personenschaden beteiligt. Innerhalb der Ursachengruppe WitterungseinfluB dUrfte der Seitenwind erfahrungs gemaB neben den anderen Ursachen, insbesondere Nebel, Regen und Schneefall, nur eine untergeordnete Rolle spielen. Aus den na turgemaB kurzen Angaben zur Unfallstatistik folgt: Zum einen sind die derzeitigen Unfallstatistiken unvollkommen; denn bei der Unfallaufnahme - und diese Unfallaufnahme dient als Unterlage der amtlichen Statistik - durch den Polizeibeamten las sen sich seitenwindbedingte Unfallursachen kaum eindeutig fest stellen, auch wenn heute die geschatzte Windstarke in das Protokoll aufgenommen wird. In der Regel sind an einem "Seiten windunfall" drei Ursachen maBgeblich beteiligt: hohe Fahrgeschwin digkeit, starker und/oder bOiger Wind, niedriger KraftschluBbei wert zwischen Reifen und Fahrbahnoberflache. In diese Unfallursa chen greift noch der Mensch mit seinen subjektiven Eigenschaften ein. Am Unfallort wird nicht geklart, ob sich der Unfall beim Fehlen einer der angefUhrten Ursachen auch ereignet hatte, ob z. B. der Unfall auch ohne Seitenwind, aber bei hoher Fahrgeschwin digkeit und nasser Fahrbahn zwangslaufig eingetreten ware. Zur eindeutigen Klarung des Beteiligungsgrades der Unfallursachen be darf es vielmehr ingenieurmaBiger Aufnahme- und Auswertungsmetho den, die zwar vereinzelt durchgefUh t werden, aber noch nicht Eingang in die amtlichen Statistiken finden."

UEber die von der Fahrbahnoberflache aufzunehmenden Verkehrskrafte und die Krafteverteilung im Strassenkoer- per sowie die hieraus resultierenden Beanspruchungen der Baustoffe sind bis heute Kenntnisse nur in ersten Ansatzen vorhanden. Entsprechend vielgestaltig ent- wickelten sich demnach, aufbauend auf gewissen Modell- vorstellungen, die Prufverfahren und Anforderungen fur die Baustoffe. Zur Prufung von Gesteinssplitten wurden im internationalen Bereich Verfahren entwickelt, bei denen die Gesteine auf Druck, Schlag, Abrieb und auf Kombinationen aus diesen drei Belastungsarten beansprucht werden. Eine eindeutige Analyse der Be- lastungsgroessen und des gewonnenen Aussagewertes ist bis heute in keinem Fall gelungen. Insbesondere ist jedoch ein Vergleich der mit verschiedenen V- fahren gewonnenen Materialkenndaten bisher nicht moeglich, so dass eine Auswertung der internationalen Erfahrungen nicht moeglich war. Die im Rahmen der vor- gelegten Vergleichsversuche mit den wesentlichsten Splitt- prufverfahren gewonnenen Erkenntnisse werden in - kunft einen eingehenden Erfahrungsaustausch und Aus- wertung der Literatur zur Frage anforderungsgerechter Grenzwerte fur bestimmte Bauaufgaben ermoeglichen. Die ermittelten korrelativen Zusammenhange sowie die durchgefuhrten Streuungsanalysen stellen einen wert- vollen Beitrag zu der vieldiskutierten Frage dar, ob das in der BRD gebrauchliche Schlagverfahren zur Feststellung der Gesteinseigenschaften auch weiterhin geeignet erscheint und ob gegebenenfalls weitere Prufverfahren herangezogen werden sollten. 5 Fur die Aufgeschlossenheit und finanzielle Foerderung, die dieser Arbeit durch das Landesamt fur Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen entgegengebracht wurde, gilt den massgeblichen Herren dieses Hauses unser herz- licher Dank. Besonderer Erwahnung bedarf die Bereitschaft und Auf- geschlossenheit der an der internationalen Ringanalyse beteiligten Prufinstitute aus 8 Landern.

Fur die Ermittlung der Spannungen im bindemittelfreien Unterbau von Strassen unter Verkehrseinwirkung wurden Versuche an einem Deckenaufbau durch- gefuhrt, der aus einer Vielzahl der gegebenen Moeglichkeiten nach dem Gesichts- punkt des haufigsten Vorkommens in der Praxis des Strassenbaues ausgewahlt wurde. Der Aufbau aus einer bituminoesen Decke von 7,5 cm Starke auf 18 cm Ruttelschotter und einer Frostschutzschicht entsprach dem fur eine mittel bis schwer belastete Strasse. Der Schotterunterbau hat fur diese Verkehrsbelastungen die weiteste Verbreitung. Aus diesem Grunde sind die aus dem Spezialfall ge- wonnenen Ergebnisse von weitgehender praktischer Bedeutung. Die Ergebnisse der vergleichenden Untersuchungen auf dem Gebiet dcr maximalen Vertikal- spannungen konnten durch den Anschluss an bereits vorhandene Berechnungs- verfahren in einen allgemeinen Rahmen gestellt werden. In Vorversuchen wurde das fur diesen Zweck entwickelte Messverfahren uber- pruft. Es hat sich hierbei wie auch im Feldversuch trotz eines grossen Gerate- einsatzes bei den Messungen und des Arbeitsaufwandes bei der Auswertung fur die Bestimmung der maximalen Vertikalspannungen sowie der Groesse und Richtung der Hauptspannungen als zweckmassig erwiesen. Die Scherspannungen konnten aus den Hauptspannungen abgeleitet werden. Durch optimale Gestaltung der Messelemente wurde eine ausreichende Genauigkeit der Messergebnisse erreicht. Zur Charakterisierung des Spannungsverlaufes innerhalb der oben beschriebenen Strassenkonstruktion wurden die Groessen der Vertikal spannungen in zwei Tiefenstufen, die Groesse der Haupt- und Scherspannungen und das Grenzverhalt- nis der Hauptspannungen fur plastische Formanderung unter Verkehrsbelastun- gen unterschiedlicher Groesse und Schnelligkeit gewonnen. Von den Versuchsergebnissen sind nachstehend die wichtigsten mit den daraus abzuleitenden Schlussen wiedergegeben.