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

In den letzten Jahren zeigte sich die Verfugbarkeit und reale Lebensdauer von Betonfahrbahndecken, insbesondere im BAB-Netz, im Vergleich zur designten Lebensdauer in zunehmendem Mase als unbefriedigend. Dies ist sicherlich auf die stetige Zunahme des Schwerverkehrs zuruckzufuhren, die eine hohere Belastung der Konstruktion nach sich zieht, nicht zuletzt aber auch auf die mangelnde Funktionsfahigkeit und Dauerhaftigkeit der Fugen- und Fugenfullungssysteme zwischen benachbarten Betonfahrbahnplatten. Fugenkonstruktionen und darin angeordnete Fugenfullsysteme mussen dauerhaft flexibel, lagestabil und robust gegenuber den masgebenden auseren Einwirkungen und Beanspruchungen sein und den Fugenspalt vor dem Eindringen von Wasser, Verschmutzungen, Tausalzbeanspruchungen, Ol und sonstigen Substanzen schutzen. Es ist nunmehr Stand der Erkenntnisse, dass mangelhafte Fugen-Performance und unzureichendes Gebrauchsverhalten sowie Dauerhaftigkeit von Fugenfullsystemen direkt mit beeintrachtigter Fahrbahn-Performance und Lebensdauer des Beton-Fahrbahnbelages einhergehen. Geschadigte Betonautobahnen zeigen oftmals Anzeichen einer zuvor eingeschrankten bzw. mangelhaften Funktionalitat und Dauerhaftigkeit der Fugenkonstruktion und Fugenfullung. Eine wesentliche Ursache fur diese Erscheinungsbilder sind in den veralteten Dimensionierungs- und Bemessungsregelungen sowie den zu erbringenden Eignungsnachweisen fur Fugenkonstruktionen zu suchen. So beruhen die derzeitigen Konstruktions- und Validierungsgrundsatze auf Erkenntnissen, die auf den Wissenstand vergangener Jahrzehnte zuruckzufuhren sind. Sind spiegeln nicht in ausreichendem Mase den aktuellen Stand der Beton- und Strasenbautechnologie wider. Um diese Wissenslucke zu uberbrucken, mussen auf dem Weg zu dauerhaft leistungsfahigen Fugen und Fugenfullsystemen zunachst die realen Einwirkungen im Bereich der Fugen von hoch beanspruchten Betonfahrbahndecken unter den aktuellen Strasenbaubedingungen und Nutzungsbedingungen aufgeklart werden. Neben klimatischen und strasentypischen Einwirkungen stellen insbesondere quasistatische saisonale und verkehrsinduzierte dynamische Fugenbewegungen wesentliche Beanspruchungen dar. Voraussetzung zur Aufklarung 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 hochaufgeloste 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 uber saisonale Messbereiche als auch in hoher Auflosung entsprechende Messwerte online zu erfassen und bereit zu stellen. Das fur diesen Zweck entwickelte innovative Sensorsystem kann direkt in die Rollspur auf beiden Seiten der Fuge eingebaut werden und ist dafur ausgelegt, Lkw-Uberfahrungen zu widerstehen. Es ist schnell und prazise genug, um die realen Bewegungen in allen drei Raumachsen in Echtzeit erfassen zu konnen. Die wesentlichen technischen Eigenschaften sind eine Messfrequenz von bis zu 2000 Hz, eine Auflosung von bis zu einem Mikrometer und eine widerstandsfahige Sensorumhausung, die der direkten Uberrollung 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 Feldmasstab. Die mit dem Sensorsystem gewonnenen Daten konnen eine Grundlage fur die Konzeption einer performance-basierten Bewertung von Fugenfullsystemen 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 Fugenfullsystemen in gebrauchsbezogener Weise zu entwickeln. Durch weitere Datenerhebung, -fusion und -analyse konnen Instandsetzungsintervalle und Lebensdauerzyklen besser abgeschatzt und geplant werden.