Was sind Alligatorrisse (Ermüdungsrisse)?

Definition

Alligatorrisse, auch Ermüdungsrisse genannt, sind eine Reihe miteinander verbundener Risse in einer Asphaltdecke. Wiederholte Verkehrslasten verursachen einen Ermüdungsbruch der Oberfläche. Die Risse verbinden sich zu einem Muster, das wie Maschendraht oder Alligatorhaut aussieht. Man nennt es auch Krokodilrisse. Es ist derselbe Schaden. Pavement Interactive beschreibt das Muster als ähnlich dem Rücken eines Alligators oder Krokodils.

Die Stücke zwischen den Rissen sind klein, und die Stellen geben unterschiedliche Grenzen an:

• Das PAVER-Handbuch der FAA für Asphaltflugplätze: weniger als 2 Fuß (0,6 m) an der längsten Seite.
• Das LTPP-Handbuch der FHWA: meist weniger als 0,3 m an der längsten Seite.
• TxDOT: weniger als 1 Fuß an der Kante.

Alligatorrisse treten nur dort auf, wo wiederholte Belastung wirkt, etwa in den Radspuren. Sie treten nicht über eine ganze Fläche auf, außer wenn der Verkehr die ganze Fläche belastet.

Wie sie entsteht

Das PAVER-Handbuch und die AC 150/5380-6C beschreiben den üblichen Ablauf. Die Risse beginnen an der Unterseite der Asphaltdecke oder der stabilisierten Tragschicht, wo Zugspannung und Dehnung unter einer Radlast am größten sind. Die Risse erreichen die Oberfläche zuerst als eine Reihe paralleler Risse. Nach weiterer Belastung verbinden sie sich und bilden vielseitige Stücke mit scharfen Winkeln. Eine übermäßige Durchbiegung der Oberfläche über einem geschwächten oder zu schwach ausgelegten Unterbau hat dieselbe Wirkung.

Die Schweregrade folgen demselben Weg. Zuerst kommen feine parallele Risse. Danach folgt ein Netz miteinander verbundener Risse mit leichten Abplatzungen an den Rändern. In der letzten Stufe sind die Stücke abgeplatzt, und einige wackeln unter dem Verkehr.

Von unten nach oben und von oben nach unten

Pavement Interactive unterscheidet zwei Fälle.

• Rissbildung von unten nach oben. In dünnen Befestigungen beginnen die Risse an der Unterseite der Asphaltschicht, wo die Zugspannung am größten ist. Sie laufen als ein oder mehrere Längsrisse bis zur Oberfläche. Dies ist der klassische Fall.
• Rissbildung von oben nach unten. In dicken Befestigungen beginnen die Risse am ehesten oben. Hohe örtliche Zugspannung am Reifenaufstand und Alterung des Asphaltbindemittels verursachen sie.

Eine Studie an drei Autobahnstellen in Indiana (FHWA/IN/JTRP-2004/06) fand Rissbildung von oben nach unten in Befestigungen mit ausgezeichneter Tragfähigkeit. Die Autoren nannten als Ursachen in der Deckschicht ungleichmäßiges Material aus dem Bau, hohe Luftporenanteile im Einbau, geringen Feinanteil und Alterung des Bindemittels. Sie fanden keine strukturelle Ursache. Ein Bohrkern durch den Riss zeigt, wo er beginnt.

Wie man sie von anderen Rissen unterscheidet

Alligatorrisse und Blockrisse

Beide sind Muster aus miteinander verbundenen Rissen. Das PAVER-Handbuch trennt sie nach Ursache, Stückform und Lage:

Das PAVER-Handbuch sagt, dass ein Muster über eine ganze Fläche, die der Verkehr nicht belastet, ein Blockriss ist. Blockrisse zeigen meist, dass der Asphalt stark verhärtet ist. Das LTPP-Handbuch nennt Blockgrößen von etwa 0,1 bis 10 Quadratmeter. Es sagt außerdem, Ermüdungsrisse innerhalb eines Blockrissbereichs als Ermüdungsrisse zu bewerten. Der Blockrissbereich wird dann um diesen Betrag kleiner.

Alligatorrisse und Längsrisse

Ein Längsriss in der Radspur kann die erste Stufe von Alligatorrissen sein. Die AC 150/5380-6C sagt, dass Alligatorrisse die Oberfläche zuerst als eine Reihe paralleler Risse erreichen. Das LTPP-Handbuch stuft einen Längsriss in der Radspur als Ermüdungsriss ein, wenn er mit zufälliger Rissbildung verbunden ist oder mäandriert und eine messbare Fläche hat. Es stuft außerdem einen Bereich mit kurzen, eng stehenden Querrissen (weniger als 0,3 m) in der Radspur als Ermüdungsriss ein. TxDOT sagt, ein Längsriss in der Radspur kann ein Vorläufer von Alligatorrissen sein.

Alligatorrisse und Kartenrisse

Das LTPP-Handbuch führt Ermüdungsrisse unter den Schäden an Asphaltbeton auf. Es führt Kartenrisse unter den Schäden an Betonbefestigungen mit Fugen auf. Kartenrisse sind eine Reihe von Rissen, die nur in die obere Oberfläche einer Platte reichen. Für Asphaltoberflächen führt das Handbuch sie nicht auf.

Alligatorrisse und Spurrinnen

Beide treten oft in derselben Radspur auf. Das PAVER-Handbuch sagt, dass der Prüfer bei Alligatorrissen und Spurrinnen im selben Bereich jeden Schaden mit seinem eigenen Schweregrad erfasst. Siehe Spurrinnen .

Ursachen

AC 150/5380-6C nennt in ihrem Reparaturleitfaden diese wahrscheinlichen Ursachen:

• Versagen der Tragschicht oder des Untergrunds.
• Überlastung.
• Eine zu dünne Deckschicht.

Pavement Interactive beschreibt die Ursache als unzureichende strukturelle Unterstützung und nennt diese häufigen Quellen:

• Verlust der Unterstützung durch Trag-, Unterbau- oder Untergrundschicht, etwa durch schlechte Entwässerung oder Frühjahrstauwetter.
• Abstreifen (Stripping) an der Unterseite der Asphaltschicht. Der abgestreifte Teil trägt wenig, daher sinkt die wirksame Dicke.
• Mehr oder schwerere Lasten, als der Entwurf angenommen hat.
• Unzureichende strukturelle Bemessung.
• Schlechte Bauausführung, etwa unzureichende Verdichtung.

TxDOT ergänzt, dass Alligatorrisse früh im Leben einer Befestigung auftreten können. Sie können dann auf eine dieser Ursachen hinweisen:

• Eine strukturelle Dicke, die für den Verkehr zu klein ist, einschließlich einer dünnen Asphaltdeckschicht.
• Delamination der Deckschicht.
• Schlechte Bauausführung.
• Schwache Baustoffe.

Wasser spielt eine Rolle. AC 150/5380-6C sagt, dass Wasser einen gesättigten Unterbau, eine Tragschicht oder den Untergrund schwächt. Sie nennt dies eine der Hauptursachen für Versagen bei flexiblen Befestigungen. Sie sagt außerdem, dass für eine Befestigung kein anderer Faktor wichtiger ist als ihr Entwässerungssystem.

Schweregrad und Messung

PAVER (Flugplätze)

Das PAVER-Handbuch für Asphaltflugplätze stuft Alligatorrisse wie folgt ein:

• Niedrig: feine, längs verlaufende Haarrisse, parallel zueinander, mit keinen oder nur wenigen verbindenden Rissen. Die Risse sind nicht abgeplatzt.
• Mittel: ein gut erkennbares Muster verbindender Risse, wobei alle Stücke sicher an ihrem Platz liegen. Die Risse können leicht abgeplatzt sein.
• Hoch: ein Netz, in dem die Stücke gut erkennbar und an den Rändern abgeplatzt sind. Einige Stücke wackeln unter dem Verkehr und können FOD-Potenzial erzeugen.

Das Handbuch misst den Schaden in Quadratfuß (Quadratmetern) Oberfläche. Oft existieren zwei oder drei Schweregrade in einem Bereich. Lassen sie sich leicht unterscheiden, misst und erfasst der Prüfer sie getrennt. Lassen sie sich nicht unterscheiden, bewertet der Prüfer den gesamten Bereich nach dem höchsten vorhandenen Schweregrad.

LTPP (Autobahnen)

Das LTPP-Handbuch hat ebenfalls drei Stufen:

• Niedrig: ein Bereich mit Rissen ohne oder mit nur wenigen verbindenden Rissen. Die Risse sind nicht abgeplatzt oder versiegelt, und Pumpen ist nicht erkennbar.
• Mäßig: ein Bereich mit miteinander verbundenen Rissen, die ein vollständiges Muster bilden. Die Risse können leicht abgeplatzt oder versiegelt sein, und Pumpen ist nicht erkennbar.
• Hoch: ein Bereich mit mäßig oder stark abgeplatzten, miteinander verbundenen Rissen, die ein vollständiges Muster bilden. Die Stücke können sich unter dem Verkehr bewegen, und Pumpen kann erkennbar sein.

Das LTPP-Handbuch definiert Pumpen als das Austreten oder Ausstoßen von Wasser unter der Befestigung durch Risse. Es kann Ablagerungen von feinem Material auf der Oberfläche hinterlassen. Der Prüfer erfasst die Fläche je Schweregrad in Quadratmetern. Lassen sich die Stufen nicht unterscheiden, bewertet der Prüfer den gesamten Bereich nach dem höchsten vorhandenen Schweregrad. Das Handbuch setzt für Alligatorrisse keine Grenzen für die Rissbreite.

TxDOT

TxDOT definiert im Abschnitt über die visuellen Erhebungen für flexible Befestigungen keine Schweregrade für Alligatorrisse. Es rechnet die Menge der Alligatorrisse in einen Prozentsatz der Radspurfläche der bewerteten Fahrspur um.

Normen

Der PAVER-Schadenscode 41 bezeichnet Alligatorrisse. Im LTPP-Handbuch ist es der Schadenstyp ACP 1. ASTM D5340 beschreibt für die Erhebung des Pavement Condition Index (PCI) von Flugplatzbefestigungen jede Schadensart, ihre Schweregrade und ihre Messung. Der PCI reicht von 0 für eine versagte Befestigung bis 100 für eine neue. Die Behörden verwenden keine einheitliche Skala. Nennen Sie deshalb, welchem Handbuch ein Bericht folgt.

Warum das auf einem Flugplatz wichtig ist

Das PAVER-Handbuch nennt Alligatorrisse einen größeren strukturellen Schaden. Pavement Interactive nennt drei Probleme, die sie verursachen: Sie zeigen ein strukturelles Versagen, sie lassen Feuchtigkeit ein, und sie können zu einem Schlagloch werden.

Ineinandergreifende Ermüdungsrisse können sich lösen und ein Schlagloch bilden. AC 150/5380-6C sagt, dass Abschnitte gerissener Befestigung, die sich lockern, durch Radlasten herausgedrückt werden können. Sie merkt außerdem an, dass Schlaglöcher auf Flugplätzen nicht häufig sind.

Lose Stücke sind FOD. AC 150/5380-6C sagt, dass ein Schaden, der loses Material erzeugt, Propeller treffen oder in Strahltriebwerke gelangen kann. Sie sagt, dass alle Befestigungsprüfungen auf FOD eingehen sollten. In der PAVER-Bewertung nennt die hohe Stufe Stücke, die unter dem Verkehr wackeln und FOD-Potenzial erzeugen können.

ICAO-Anhang 14, Absatz 10.2.2, sagt, dass die Oberfläche einer Start- und Landebahn so instand gehalten werden muss, dass sich keine schädlichen Unebenheiten bilden. Alligatorrisse nennt er nicht.

Bundesgeförderte Flughäfen in den USA müssen Flugplatzbefestigungen mindestens einmal jährlich eingehend prüfen. AC 150/5380-7B sagt, dass eine PCI-Erhebung nach ASTM D5340 das Intervall dieser eingehenden Prüfungen auf drei Jahre verlängern kann.

Reparatur

Beginnen Sie mit der Ursache. Pavement Interactive sagt, man solle eine Grube graben oder Bohrkerne entnehmen, um den Aufbau der Befestigung zu erfassen und zu prüfen, ob Feuchtigkeit eine Rolle spielt.

• Kleine Flächen. Die Rissbildung deutet auf einen Verlust der Untergrundunterstützung hin. Die gerissene Befestigung entfernen, den schwachen Untergrund ersetzen, bei Bedarf die Entwässerung verbessern und ausbessern.
• Große Flächen. Die Rissbildung deutet auf ein allgemeines strukturelles Versagen hin. Ein Asphaltoverlay aufbringen, das stark genug ist, die Last zu tragen, denn die gerissene Befestigung trägt wenig oder nichts mehr bei.

Die AC 150/5380-6C nennt Ausbau und Ersatz der beschädigten Befestigung, gegebenenfalls einschließlich der Tragschicht oder Unterbauschicht. Anhang A3 beschreibt ein Verfahren der vollen Tiefeninstandsetzung für flexible Befestigungen:

1. Den Asphalt auf voller Tiefe sägen oder fräsen. Den Schnitt mindestens 12 Zoll (30 cm) über den geschädigten Bereich hinaus verlängern.
2. Die Tragschicht bei Bedarf instand setzen und neu verdichten.
3. Eine Haftschicht auf Unterseite und Seiten des Instandsetzungsbereichs aufbringen.
4. Mit P-401, P-403 oder einem gleichwertigen Mischgut der Landesbehörde füllen und auf die Mindestdichte verdichten.
5. Mit einer Richtlatte prüfen, dass die Ausbesserung bündig mit der Befestigung liegt.
6. Keinen Verkehr zulassen, bis der Asphalt ausgehärtet ist.

Pavement Interactive sagt, dass Rissversiegelung, sobald das Alligatormuster deutlich ist, im Allgemeinen wirkungslos ist. TxDOT sagt, dass eine minimale Instandsetzung das betroffene Material entfernt und ausbessert, bevor eine neue Deckschicht aufgebracht wird. TxDOT ergänzt, dass Versiegeln oder ein Overlay ohne Ausbessern zu einer schnellen Rückkehr des Schadens führt.