Hybrides Ertüchtigungssystem für die Straßenerhaltung unter Einsatz neuartiger Werkstoffe
01.10.2015 bis 30.09.2018
Villaret Ingenieurgeselschaft mbH
Im Verbundforschungsvorhaben "Hybrides Ertüchtigungssystem für die Straßenerhaltung unter Einsatz neuartiger Werkstoffe – HESTER" wird ein modulares und somit schnell ausführbares Betonfertigteilsystem erforscht, das unter Ausnutzung bestehender Schichten des Oberbaus der schnellen Sanierung innerstädtischer Fahrbahnbereiche dienen soll. Ziel ist es, Sperrzeiten zu verkürzen, eine schnelle Verfügbarkeit der Fahrbahn sicherzustellen und damit die baustellenbedingten Behinderungen im Stadtverkehr deutlich zu reduzieren. Unter Verwendung neuartiger Betone lassen sich Fertigteile gleichbleibend hoher Qualität im Werk zielsicher herstellen, wodurch die Erhaltungskosten erheblich gesenkt werden können. Aus Erfahrungen aktueller Fertigteilprojekte lassen sich die verschiedenen Aufgabenbereiche definieren, die notwendig sind, um ein praxistaugliches und dauerhaftes System zu realisieren.
Da die Fertigteile möglichst ohne konventionelle Stahlbewehrung hergestellt werden sollen, ist es unabdingbar, die für den Einsatz vorgesehenen Betone insbesondere hinsichtlich ihrer Materialparameter zu bewerten und neue Rezepturen zu erproben, die im Fertigteilwerk wirtschaftlich in hoher Qualität hergestellt werden können. Ferner sind Schalungen im Hinblick auf Kopplungs- und Justierelemente sowie vorgesehene Oberflächentexturierungen zu erarbeiten. Weitere Schwerpunkte sind die neuartige Bestandserfassung der Verkehrsfläche sowie die Dimensionierung und Konstruktion der Fertigteile, die in eine halbautomatische Planung zur Generierung einzelner Platten einfließen sollen. Schließlich ist ein geeignetes und für den Einbau praktikables Unterpressmaterial zu erforschen, um eine flächenhafte und beständige Auflagerung der Fertigteile zu gewährleisten. Das Forschungsvorhaben soll mit dem Einbau eines Demonstrators abgeschlossen werden, bei dem letztlich die Erkenntnisse und Erfahrungen aus allen Forschungsschwerpunkten zusammenfließen.
Am Lärchengrund 8, 15366 Hoppegarten
Dipl.-Ing. Stephan Villaret
T: +49-3342-303180 | F: +49-3342-303181
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Teilvorhaben: Dimensionierung und Konstruktion von Fertigteilsystemen unter Einsatz innovativer Baustoffe
Das Forschungsvorhaben hat das Ziel, ein innovatives Fertigteilsystem zur Ertüchtigung von Straßenbefestigungen unter Einsatz neuartiger Werk- und Baustoffe zu erforschen und zu erproben. Dabei sollen hybride multifunktionale Oberbauten von Straßen entstehen, die den erhöhten Anforderungen der Belastungen aus Verkehr und Witterung (Klimawandel) in der Zukunft dauerhaft standhalten. Im Teilprojekt werden dabei in verschiedenen Arbeitspaketen unter anderem die konstruktiven und baustofflichen Aspekte des Fertigteilsystems beleuchtet, Dimensionierungsgrundlagen aufgestellt und ein FE-Modell entwickelt. Einen weiteren Aspekt stellt die neuartige Bestandsaufnahme und deren Anbindung an eine halbautomatische Planung mit dem Ziel eines Fertigteilsystemplans dar. Durch praktische Versuche bei den Projektpartnern sollen mögliche Materialen auf ihre Anwendwarkeit im Fertigteilsystem getestet werden. Die Ergebnisse aus Material- und Konstruktionsuntersuchungen sollen in die Entwicklung eines automatisierten Dimensionierungssystems einfließen, mit dessen Hilfe die einzelnen Fertigteile für eine folgende Herstellung extrahiert werden können. Dabei fließen auch insbesondere Erkenntnisse zu den Detaillösungen des Höhenjustierungssystem ein. Die Überlegungen und Untersuchungen aller Projektpartner münden schließlich in der Herstellung eines Demonstrators in situ.
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Niederlassung Hambühren
Wildpfad 9, 29313 Hambühren
Ralf Tulke
T: +49-5084-9700-0 | F: +49-5084-9700-20
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Teilvorhaben: Fixierung und Stabilisierung der Fertigteile mittels Unterpressmaterial sowie Abdichtung der Fugen
Nach dem Vorbereiten des Untergrundes und dem Verlegen der Platten müssen diese an jeder Stelle fest auf dem Untergrund aufliegen. Da sich aber kein vollständiges Aufliegen auf der Tragschicht durch die Vorbereitung des Untergrundes sowie das industrielle Herstellen der Platten gewährleisten lässt, muss dieser Verbund im Nachhinein speziell an das Bauvorhaben angepasst hergestellt werden, da selbst geringste Unebenheiten in kürzester Zeit unter Verkehrsbelastung zu Schäden führen. Hierzu wird durch ausgesparte Injektionslöcher ein spezielles, schnell härtendes, niedrigviskoses Unterpressmaterial in die Hohlräume unter der Platte injiziert, damit eine vollflächige Auflage der Fertigteilplatte auf der Tragschicht erreicht wird. Wenn dieser Teil abgeschlossen ist, muss letztendlich ein Eindringen von Oberflächenwasser unter die Platten verhindert werden, indem die Fugen mittels entsprechendem Fugenmaterial abgedichtet werden.
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Boden-, Beton- und Straßenbaulabor
Kastellauner Straße 51, 56253 Treis-Karden
Dipl.-Ing. (FH) Thorsten Britz
T: +49-2672-69-23 | F: +49-2672-69-897
thorsten.britz(at)schnorpfeil.com
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Teilvorhaben: Bauliche Vorbereitung sowie Verlegung der Fertigteile
Durch die Heinz Schnorpfeil Bau GmbH wird im Bereich der Versuchsfläche zuerst die vorhandene Fahrbahnkonstruktion mittels Fräsen oder Aufbrechen aufgenommen. Im Anschluss wird gemeinsam mit den Projektpartnern die Unterlagenbeschaffenheit hinsichtlich Tragfähigkeit, Verdichtung und Wasserdurchlässigkeit bewertet. Des Weiteren ist zu überprüfen, ob die zuvor getroffenen Annahmen für die Auflagerbedingungen für die Fertigteilplatten zutreffend sind. Sollten die Anforderungen nicht ausreichend erfüllt sein wird das vorhandene Frostschutzpaket entsorgt und durch ein qualifiziertes Frostschutzmaterial ersetzt. Sollten es die Auflagerbedingungen erfordern werden wir eine Betontragschicht oder dgl. einbauen. Im Anschluss werden die Fertigteilplatten mit der neu erarbeiteten Verlegetechnologie höhen- und lagegerecht versetzt. Unsere Leistung endet mit dem Abtransport der benötigten Maschinentechnik.
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Forschung und Entwicklung
Philippsburger Straße 4, 76726 Germersheim
Dipl.-Ing. Michael Kispert
T: +49-7274-70 28-103 | F: 49-7274-70 28-119
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Teilvorhaben: Erforschung und Herstellung der Betonfertigteile und der Justier- und Verbindungselemente
Die Tätigkeiten der Firma Stelcon beginnen mit der Erarbeitung der konstruktiven Aspekte der Fertigteilsysteme, im speziellen mit der Erforschung der Fertigteile, der erforderlichen Verbindungs-und Justierelemente sowie der entsprechenden Lastaufnahmemittel. Weiterführend sind die Kenngrößen der Materialien, die Zusammensetzungen des Betons sowie die kontinuierliche Optimierung der Rezepturen und der Fertigteile Hauptgegenstand der Betrachtungen. Dabei wird Stelcon die Verbundpartner bei entsprechenden Fragestellungen unterstützen. Es werden alle erforderlichen Versuchskörper und Fertigteile hergestellt und gemeinsam mit den Verbundpartnern erprobt.
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Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau
Professur für Straßenbau
Georg-Schumann-Straße 7, 01187 Dresden
Prof. Dr.-Ing. habil. Frohmut Wellner
T: +49-351-463-32817 | F: +49-351-463-37705
frohmut.wellner(at)tu-dresden.de
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Teilvorhaben: Untersuchung des mechanischen Verformungsverhaltens innovativer Baustoffe
Hauptziel des Forschungsvorhabens ist es, die Betonfertigteilbauweise für Straßenbefestigungen zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit der Befestigungen, Reduzierung der Bauzeiten in situ, Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Ressourcenschonung voranzubringen. Diese Zielstellung gilt sowohl für den Neubau als auch insbesondere für Maßnahmen im Rahmen der Erhaltung der Befestigungen.
Schwerpunkt dieser Arbeit ist die gezielte Erforschung Innovativer Baustoffe, konkret neuer Betonmischgutkonzeptionen sowie neuartiger Bettungsmaterialien. Da Beton in Verkehrsflächenbefestigungen konstruktions- und belastungsbedingt biegezugbeansprucht wird und das Material dieser Beanspruchungsart ohne Bewehrungseinlagen dauerhaft widerstehen können muss, ist es Ziel, Mischgutkonzepte zu erarbeiten und zu testen, welche es erlauben, die Materialzugfestigkeit als wesentlichen dimensionierungsrelevanten Parameter zu erhöhen. Gleichermaßen ist es von größtem Interesse, neuartige Betone zu erforschen, bei welchen gezielte Rissentstehung zugelassen wird, ohne Ausfall/Versagen des eigentlichen Bauteils (Fertigteilelement). Für das Erreichen dieser o. g. Ziele werden im Rahmen des FuE Vorhabens zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt. Neben der Erforschung und Optimierung hochfester Betone beispielsweise durch die Verwendung von Polymeren in der Bindemittelmatrix werden Faserbetone erforscht. Neben statischen Prüfmethoden beispielsweise zur Bestimmung der Spaltzugfestigkeit und der Druckfestigkeit werden zusätzlich hochzyklische Prüfverfahren (hochzyklische Spaltzug-Schwellversuche) angewandt. Zusätzlich wird am Großversuchsstand mit bis zu 10 Mio. Lastzyklen die Dauerhaftigkeit der hybriden Bauweise und der Kopplungselemente untersucht.
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Referat GS2 "Betonbauweisen"
Brüderstraße 53, 51427 Bergisch Gladbach
Dipl.-Ing. Christiane Fischer
T: +49-2204-43756 | F: +49-2204-43159
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Teilvorhaben: Grundlagen der Bewertung von Fertigteilen für die Anwendung im Straßenbau
Zunächst soll ein Dimensionierungsverfahren erarbeitet werden, welches die Einwirkungen aus Verkehr und Temperatur, die Geometrie der Fertigteile, die Wirkung der Tragschicht sowie die Interaktion der Fertigteile untereinander hinreichend genau berücksichtigt. Ziel der Dimensionierung ist die Erarbeitung einer technischen Lösung in Verbindung mit einem definierten Sicherheitskonzept. Eine besondere Beachtung müssen die Transport- und Montagelastfälle finden. Darauf folgend sind die Fertigteile unter Berücksichtigung der vorliegenden Kopplung im Fertigteilgesamtsystem inklusive der Abdichtungssysteme zu entwerfen, zu dimensionieren und konstruktiv durchzubilden. In einem ersten Schritt wird mit Hilfe eines 3D-FE-Modells unter Einbeziehung komplexer Materialgesetze das Zusammenspiel der neuen Bau- und Kontaktstoffe mit der Tragschicht abgebildet. Abschließend soll ein Lastenheft entstehen, in dem u.a. die stofflichen Anforderungen zu formulieren sind. Darauf aufbauend erfolgt nach der Evaluierung von Bestandsdaten die Ableitung einer Vorzugsvariante für die Sanierungstechnologie mit Generierung eines Fugenplans. Parallel werden sowohl statische wie auch dynamische labortechnische Prüfverfahren zum Einsatz kommen, um die spezifischen Materialparameter der neuartigen Betone zu bestimmen. Zudem werden durch die BASt spezielle Haftversuche an kleinmaßstäblichen Probekörpern vorgenommen, um separiert den Haftverbund zwischen Fertigteil und Unterpressmaterial betrachten zu können. Die so ermittelten Kenngrößen werden in die 3D-FE-Modelle implementiert. Im Anschluss werden anhand der Ergebnisse aus den Versuchen an klein- und großformatigen Probekörpern die 3D-FE-Modelle validiert und ggf. präzisiert. Darauf aufbauend sollen Versuche an einer Modellstraße in der BASt durchgeführt werden. Das Forschungsvorhaben soll mit dem Bau eines Demonstrators abgeschlossen werden. Nach erfolgreicher Herstellung ist ein Monitoring durch die BASt vorgesehen.
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