Was ist Frosthebung bei Befestigungen?

Frosthebung ist die Aufwärtsbewegung einer Befestigung, wenn in dem gefrorenen Boden darunter Eislinsen wachsen.

Wie es funktioniert

Eine Eislinse ist eine Eisschicht, die im Boden wächst. Wasser wandert zur Gefrierfront, oft durch Kapillarwirkung, und speist die Linse. Die Linse wächst und drückt den Boden und die Befestigung darüber nach oben. Die Ausdehnung des Wassers um 9 Prozent beim Gefrieren ist zu gering, um eine Hebung dieser Größe zu erklären.

Die FAA nennt drei Bedingungen für schädliche Frosteinwirkung. Alle drei müssen gleichzeitig vorliegen.

1. Der Boden ist frostempfindlich.
2. Frosttemperaturen dringen in diesen Boden ein.
3. Freies Wasser ist in ausreichender Menge vorhanden, um Eislinsen zu bilden.

Ist der Boden zu 70 Prozent oder mehr gesättigt, sagt die FAA, dass Frosthebung wahrscheinlich auftritt. Das Wasser kann von der Befestigungsoberfläche oder von den Seiten kommen, aus Kondensation oder aus großer Tiefe durch Kapillarwirkung.

Frostempfindlicher Boden

Die FAA teilt Böden in vier Frostgruppen ein, FG-1 bis FG-4. Sie verwendet die Bodenklasse und den Massenanteil des Materials, das feiner als 0,02 mm ist. Eine höhere Zahl bedeutet einen empfindlicheren Boden. Böden mit einer hohen Fließgrenze und einem hohen Schluff- und Tonanteil sind empfindlicher als Kiese oder Sande. Die FAA stellt fest, dass die Wahl der Frostgruppe subjektiv ist.

Auswirkung auf Flugplatzbefestigungen

Frosthebung verläuft selten gleichmäßig. Die FAA führt ungleichmäßige Hebung, Rauheit, eingeschränkte Entwässerung und Rissbildung unter den Auswirkungen der Frosteinwirkung auf. Bei einer flexiblen Befestigung wird eine Aufwölbung meist durch Frosteinwirkung um verschiedenartige Untergrundmaterialien verursacht. Bei einer starren Befestigung kann Frosthebung einen Versatz an einer Fuge oder einem Riss verursachen.

Eine gehobene Piste kann die Ebenheit unterschreiten, die die EASA für eine neue Verschleißschicht als erreichbar beschreibt. Diese liegt bei höchstens 3 mm Abweichung unter einer 3-m-Richtlatte.

Das Tauwetter ist ein zweites Risiko. Der Untergrund verliert beim Auftauen an Festigkeit. Die FAA und die EASA sagen beide, dass Überlastbetrieb in dieser Zeit vermieden werden sollte.

Bemessung gegen Frost

Die FAA lässt drei Verfahren in AC 150/5320-6G, Abschnitt 3.14, zu.

• Vollständiger Frostschutz: Befestigung und nicht frostempfindliches Material halten den Frost gemeinsam zurück. Die FAA sieht ihn vor allem für Pisten und Rollbahnen an großen Drehkreuzflughäfen vor oder dort, wo die Frosteindringung gering ist.
• Begrenzte Frosteindringung im Untergrund: Nicht frostempfindliches Material deckt 65 Prozent der Frosttiefe ab. Ziel ist eine Hebung von weniger als 1 Zoll (25 mm).
• Verminderte Untergrundfestigkeit: Die Bemessung geht für die Tauperiode von etwa 50 Prozent der üblichen Untergrundfestigkeit aus.

In allen Fällen empfiehlt die FAA einen gleichmäßigen Untergrund mit allmählichen Übergängen zwischen verschiedenen Materialien. Sie empfiehlt außerdem eine geosynthetische Trennlage zwischen nicht frostempfindlichem Material und dem Untergrund, wenn der Geotechniker dies empfiehlt.