Spurrinnen

Strukturelles Versagen und Sicherheitsprobleme

Spurrinnen, Ursachen und Folgen

Infolge wiederholter Überfahrten von schweren Fahrzeugen kann eine dauerhafte plastische Verformung des Belags beobachtet werden.

In Gestalt einer länglichen Form treten diese an lokalisierten Abschnitten besonders beanspruchter Strassenabschnitte auf, z. B. an Bushaltestellen oder Kreuzungen (Standard- oder Kreisverkehrstyp).

Die Entstehung von Spurrinnen ist sehr oft auf eine mangelnde Spannungsabsorption durch den Belag zurückzuführen, der wiederholt hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.

Diese aufgebrachten mechanischen Spannungen sind das Ergebnis der Kombination von zwei miteinander verbundenen mechanischen Komponenten:

Radialkraft: Kombination aus dem Gewicht und der vertikalen Beschleunigung des entsprechenden Fahrzeugs
Tangentialkraft: Resultierende aus dem Gewicht durch Beschleunigung und Massenübertragung auf die Achsen

Diese Beeinträchtigung kann das Ergebnis einer strukturellen Unterdimensionierung oder eines Ermüdungsphänomens sein, das die ursprünglichen mechanischen Eigenschaften des Belags verändert.

Entstehung von Spurrinnen : Modus 1

In diesem Modus übt das Fahrzeugrad eine radiale (vertikale) Kraft aus, die sich aus dem Gewicht des Fahrzeugs (statische Komponente) in Kombination mit einer Massenübertragung aus dem Beschleunigungs-/Bremsvorgang (dynamische Komponente) zusammensetzt.

Die tangentiale (horizontale) Kraft wird ausschliesslich durch die horizontale Komponente des Massentransports dargestellt.

Die resultierende Kraft steht also in diesem Anwendungsfall nicht senkrecht zur Fahrbahnoberfläche.

Entstehung von Spurrinnen: Modus 2

Die Spannungen dieses Entstehungsmodus sind ähnlich wie bei Modus 1, nur dass die dynamischen Ergebnisse (horizontal und vertikal) jetzt durch den Massentransfer aufgrund der Fliehkraft entstehen.

Es ist zu beachten, dass die Modi 1 und 2 in Bereichen mit Beschleunigung / Bremsung in Kurven (z. B. Strassenkreisel, versetzte Bushaltestellen) oft kombiniert werden, was den Verstärkungsansatz komplexer macht und somit spezifische Lösungen erfordert.

Sicherheits- und strukturelle Risiken

Für beide Arten der Spurrinnenbildung werden ähnliche Ursachen festgestellt.

Die Spurrinnenbildung in bituminösen Schichten ist eine der Hauptursachen für eine mögliche Verschlechterung des Belags. Dieses Phänomen kann aus mehreren Gründen nicht auf zu hohem Niveau toleriert werden, wobei es sowohl um das Unbehagen der Benutzer als auch um deren Sicherheit geht (Faktoren, die bei hohen Geschwindigkeiten umso wichtiger sind).

Diese Verformung wirft zahlreiche Probleme für die Verkehrsteilnehmer auf. Bei mässigen Regenfällen bilden sich Wassersäcke, die Aquaplaning-Effekte begünstigen. Je nach Tiefe der Spurrinne kann diese Verschlechterung auch Benutzer von Zweirädern leicht gefährden (Sturzgefahr), da diese Art von Fahrzeugen empfindlich auf lokale Schwankungen des Fahrbahnniveaus reagiert.

Es wurden zahlreiche Studien und Forschungen zu bituminösen Materialien durchgeführt, um dieses Phänomen einzuschränken, insbesondere indem diese Materialien steifer und damit widerstandsfähiger gegen permanente Verformung gemacht wurden. Diese Rezepturen sind jedoch wesentlich empfindlicher gegen Ermüdungsrisse.

Die Entwicklung eines Materials, das die mechanischen Anforderungen an die Beständigkeit gegen Spurrinnen und Ermüdungsrisse erfüllt, ist daher eine komplexe Aufgabe, wenn man die widersprüchlichen Anforderungen auf die Eindämmung dieser beiden Zersetzungsarten in Bezug auf die Bitumenhärte oder einen anderen Bindemittelgehalt berücksichtigt.

Jede Durchfahrt eines schweren Fahrzeugs wirkt sich auf die Grösse der betrachteten Spurrinne aus, ob dies nun auf Unterdimensionierung oder strukturelle Ermüdung zurückzuführen ist: Diese Degradationen müssen schnell angegangen werden, bevor die einzige akzeptable Lösung der komplette Austausch der Struktur ist.

Plastische Spurrillen (kleiner Radius)

Plastische Spurrillen - auch als "kleine Radien" bekannt - werden durch plastische Verformung der obersten Asphaltschicht(en) verursacht.

Einfache Korrekturmassnahmen können dieses Phänomen lösen, das erhebliche Unannehmlichkeiten verursachen kann.

Mehrere Faktoren können zur Bildung von Spurrinnen mit kleinem Radius führen. In vielen Fällen wird dieses Phänomen durch die Einwirkung folgender Faktoren verursacht :

Hohe Temperaturen (oder höhere Expositionstemperaturen) als für den jeweiligen Asphalt empfohlen
Wiederholte Einwirkung von hohen Belastungen in bestimmten Bereichen (Bushaltestellen, Kreisverkehre)
Hohe tangentiale Kräfte (unter Last)
Verlust der strukturellen Trägheit durch Ablösung von Asphaltschichten
Unterdimensionierung von bituminösen Schichten
Verwendung von zu duktilem Asphalt

Die beobachtete plastische Verformung erfolgt in Form von Kriechen. Die Spurrinnentiefe wird daher doppelt so gross sein wie die des kriechenden Materials.

Umso schneller bilden sich Spurrinnen, die einen selbstzerstörerischen Charakter haben: Je tiefer sie sind, desto schneller tritt die zukünftige Verschlechterung ein.

Mit diesem Problem konfrontiert, greifen die Betreiber von Strassennetzen häufig auf Oberflächenoperationen zurück, die darauf abzielen, die Deckschicht häufig (ganz oder teilweise) zu ersetzen oder sogar das überschüssige Material auf der Oberfläche lokal abzufräsen (Wulst). Diese Massnahme packt das Problem jedoch nicht an der Quelle an und erfordert daher häufige Eingriffe, bis die Strassenstruktur durch dieses zunächst lokal begrenzte Versagen verändert ist.

Es kann daher sinnvoll sein, die Oberfläche, die diesen Belastungen ausgesetzt ist, präventiv mit geeigneten Lösungen zu verstärken, sobald die Spurrillen zum ersten Mal auftreten, um nicht zuzulassen, dass sie eine gesunde Fahrbahn verunstalten.

Strukturelle Spurrinnen (grosser Radius)

Strukturelle Spurrinnen - bekannt als "Spurrinnen mit grossem Radius" - resultieren aus signifikanten Setzungen der nicht-bituminösen Belagsstruktur.

Diese Setzungen, die aus mangelnder Tragfähigkeit resultieren, führen dazu, dass der Belag infolge wiederholter schlechter Aufnahme der auf die Oberfläche einwirkenden Lasten zusammenbricht.

Die Einbaubedingungen, die Beschaffenheit der Tragschicht und die Beschaffenheit der Unterlagsschicht sind Faktoren, die dieses Phänomen hervorrufen können.

Eine der vorhandenen Lösungen kann der vollständige Austausch der vorhandenen Struktur sein, um eine vollständige Wiederherstellung des Bauwerks zu gewährleisten. Dies ist ein zeitaufwändiges und sehr teures Verfahren, das in der Regel nur in extremen Fällen angewendet wird, in denen eine Nutzung der entsprechenden Strasse nicht mehr in Betracht kommt.

Manchmal sind alternative Lösungen verfügbar, die weniger kostspielige Leistungen bieten, indem der vorhandene bituminöse Aufbau verstärkt wird, um die Verteilung der Lasten auf dem vorhandenen Oberbau zu optimieren.

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