Weiterentwicklung der Methodik für die Bemessung von Frostschutzschichten

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird versucht eine vorgeschlagene Methode für Dimensionierung von Frostschutzschichten [1] weiterzuentwickeln. Der Bedarf an der Entwicklung einer Dimensionierungsmethode von Frostschutzschichten erscheint wegen ihres Mangels in den Österreichischen Straßenoberbaurichtlinien und auch wegen des Bedarfs in der Praxis. Die bestehende Dimensionierung in den Richtlinien folgt keiner bestimmten Methode. Die Frostschutzschicht wird durch Schichtdickenanpassung aufgrund langjähriger Erfahrungen dimensioniert. Zuerst wird der Einfluss der Frosteindringung auf den Straßenaufbau erläutert, wobei das Mechanismus der Eisbildung und die Arten von Frostschäden an Straßen beschrieben werden. Die Oberbaubemessung gemäß der Österreichischen Straßenoberbaurichtlinie, als auch das Differenzenverfahren für Ermittlung der Temperaturverteilung in Straßenaufbauten werden erklärt. Im nächsten Schritt werden verschiedene Klimaparameter bezüglich ihres Zusammenhangs mit der Frosteindringungstiefe in einem Straßenaufbau untersucht. Die Ergebnisse sind die Grundlage für die Weiterentwicklung der Dimensionierungsmethode. Folglich werden im letzten Kapitel alle Wetterdaten analysiert, die an der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) für alle Wetterstationen Österreichs verfügbar sind. Anhand der Wetterdaten wird der strengste Winter aller Wetterstationen festgestellt und dafür die Frosteindringungstiefe für einen Straßenaufbau mittels des Differenzenverfahrens ermittelt. Die Ergebnisse werden weiter zusammengefasst und analysiert. Eine Dimensionierungsmethode von Frostschutzschichten wird aufgrund des festgestellten Zusammenhangs zwischen der Frosteindringungstiefe und des Frostindex entwickelt.

The thesis presents a new approach for the thickness design of antifrost layers in road pavements [1]. The need for the development of a thickness design method of antifrost layers appears because of its lack in the Austrian road pavement guidelines and also because of the need in practice. The existing antifrost thickness design in the guidelines does not follow a specific method, but the antifrost layer is being designed by layer thickness adaptation based on many years of experience.First, the influence of frost penetration depth on road construction is explained, observing the mechanism of ice formation and the types of frost damage on roads. The pavement design accord-ing to the Austrian road pavement guidelines, as well as the method of differences for determining the temperature distribution in road pavements are explained.In the next step, various climate parameters are examined with regard to their relationship with the frost penetration depth in a road pavement. The results are the basis for further development of the thickness design method. Consequently, the last chapter analyzes all weather data available at the Austrian Weather Forecast Agency (ZAMG) for all weather stations in Austria. On the basis of the weather data, the strictest winter of all weather stations is determined and for this winter the frost penetration depth for a road construction is determined by means of the method of differ-ences. The results are further summarized and analyzed. Based on the established relationship between the frost penetration depth and the frost index, a thickness design method of antifrost layers is developed.