Berücksichtigung der Frosteinwirkung in der Oberbaubemessung

Abstract

Die Straßenoberbaurichtlinie in Österreich stellt ein Bemessungsverfahren zur Verfügung, welches die Auswahl eines standardisierten Straßenaufbaus ermöglicht. Dabei erfolgt keine gesonderte Berücksichtigung der Frosteinwirkung. Allerdings wird explizit die Möglichkeit eingeräumt, eine Schichtdickenanpassung, bei schlechten hydrogeologischen Bedingungen sowie bei einer wahrscheinlich zu erwartenden ungünstigen Frosteindringung vornehmen zu können. Somit ergibt sich ein großer Anpassungsspielraum in der Richtlinie. Zu Beginn der Arbeit wird der Mechanismus der Eislinsenbildung geschildert, um die schädigende Wirkung der Frosteinwirkung auf den Straßenoberbau näher zu erläutern. Auch wird der Stand der Technik bei der Frostdimensionierung in Deutschland, der Schweiz und den USA beschrieben. Vor diesem Hintergrund wurde eine telefonische Umfrage durchgeführt, mit dem Ziel nähere Informationen zur gewählten Frostdimensionierung zu erhalten. Hierbei wurden Vertreter der Bundesländer und der ASFINAG befragt. Aufbauend auf den Ergebnissen der Recherche und der Umfrage wird versucht einen vereinfachten Zusammenhang zwischen Lufttemperatur und Frosteindringung für eine Frostdimensionierung in Österreich zu definieren. Das Vorgehen wird durch eine softwaregestütze Temperatureindringungsberechnung überprüft.

The current pavement design guideline in Austria provides a number of different standardized pavement structures. This guideline does not consider a specific adjustment of the layer thicknesses because of frost action. It is the responsibility of the designer to take measures in order to avoid frost damage if the frost penetration is expected to reach a critical depth or the pavement structure is built under difficult hydrogeological conditions. Thus, there is no uniform approach in each federal state in Austria. The first part of the thesis deals with the ice lens theory and the mechanism of frost damage. Furthermore, the frost pavement design procedures in the guidelines and standards of Germany, Switzerland and the USA are described. Consequently, a telephone survey was conducted with representatives of the federal states to gather information about the chosen frost design approach. The result of the survey and the literature research shows the necessity of a user-friendly frost design approach in the austrian pavement guideline. So the next step was to find a simplified relation between air freezing temperature and frost penetration to estimate and adjust the thickness of the unbound layers. By using a one-dimensional finite-difference solution that is implemented in a software tool for the temperature simulation of the pavement layers it could be shown that a parabolic relation between freezing temperature and frost penetration exists. Further steps are necessary to implement a simplified equation for each standardized pavement structure in the design guideline.