Was ist Spurbildung in einer Befestigung?

Spurbildung

Definition

Spurbildung ist eine Vertiefung der Oberfläche in der Radspur einer flexiblen Befestigung, die durch Verkehrslasten entsteht. Die Last verdichtet oder verschiebt das Material in einer oder mehreren Befestigungsschichten oder im Untergrund. Die Verformung ist bleibend.

Die Befestigung kann sich entlang den Rändern einer Spurrinne aufwölben. Viele Spurrinnen werden erst nach Regen sichtbar, wenn Wasser die Radspuren füllt. Starke Spurbildung kann zu einem schweren strukturellen Versagen der Befestigung führen.

Arten der Spurbildung

Eine Spurrinne kann in verschiedenen Schichten der Befestigung beginnen. Die Schicht verrät die Ursache und die richtige Instandsetzung. Pavement Interactive unterscheidet drei Arten.

Spurbildung durch Nachverdichtung

Der Verkehr verdichtet eine Schicht nach dem Bau weiter. Dies tritt auf, wenn die Baukolonne den Asphalt oder eine ungebundene Schicht nicht ausreichend verdichtet hat. Die Oberfläche sinkt in der Radspur ab. Das Material verschiebt sich nicht seitlich, deshalb gibt es keine Aufwölbungen.

Der Hohlraumgehalt im Mischgut zeigt das Risiko. Ein Aufsatz des Transportation Research Board sagt, dass ein dicht gestuftes Mischgut nach dem Bau höchstens etwa 8 Prozent Hohlraumgehalt haben soll. Die FHWA nennt denselben Grenzwert. Danach verdichtet der Verkehr das Mischgut weiter. Der Hohlraumgehalt soll nicht unter etwa 3 Prozent fallen, weil ein Mischgut mit zu wenig Hohlräumen durch plastisches Fließen spurt.

Mischgutspurbildung

Das Asphaltmischgut ist nicht stabil genug, um die Radlasten zu tragen. Das Mischgut wandert unter den Reifen nach unten und zur Seite. Dadurch entstehen erhabene Ränder, also Aufwölbungen, entlang beider Seiten der Radspur. Mischgutspurbildung wird auch Instabilitätsspurbildung oder Scherfließspurbildung genannt. Sie tritt in den Asphaltschichten nahe der Oberfläche auf.

Hitze erhöht das Risiko. Der NCHRP Report 468 sagt, dass die Steifigkeit des Asphalts in heißen Sommermonaten abnimmt und die Neigung zur Spurbildung steigt.

Untergrundspurbildung

Der Untergrund oder eine ungebundene Tragschicht verformt sich unter wiederholten Lasten. Die gesamte Befestigung sinkt dann in die Mulde ein. Die Spurrinne ist breit und hat keine Aufwölbungen.

Die Bemessung der Befestigung begrenzt diese Art der Spurbildung. Die FAA-Bemessungsmethode für flexible Flugplatzbefestigungen (FAARFIELD) begrenzt die vertikale Dehnung an der Oberseite des Untergrunds. Das schützt vor Untergrundspurbildung.

Die Arten voneinander unterscheiden

NCHRP Report 468 nutzt die Form des Querprofils, um die Schicht zu finden, die sich verformt hat:

• Aufwölbungen neben der Spurrinne zeigen, dass sich der Asphalt seitlich verschoben hat. Die Spurrinne liegt in den Asphaltschichten.
• Eine breite Mulde ohne Aufwölbungen zeigt, dass die Tragschicht oder der Untergrund abgesunken ist.

Ein Profil beweist die Ursache nicht. Ein Schurf oder Bohrkerne quer über die Spurrinne zeigen, welche Schicht ihre Dicke verändert hat. Derselbe Bericht sagt, dass ein Schurf teurer und gefährlicher ist als ein Profil.

Ursachen

AC 150/5380-6C ordnet die Spurbildung der Gruppe der Verformungsschäden flexibler Flugplatzbefestigungen zu. Für diese Gruppe nennt sie folgende Ursachen:

• Setzungen des Unterbaus.
• Unzureichende Verdichtung der Befestigungsschichten.
• Mangelnde Stabilität des bituminösen Mischguts.
• Schlechte Haftung zwischen der Deckschicht und der darunterliegenden Schicht.
• Quellende Böden oder Frosteinwirkung im Untergrund.

Auch die Temperatur wirkt sich aus. Heißes Wetter macht den Asphalt weniger steif, deshalb steigt das Risiko der Mischgutspurbildung im Sommer.

Laborprüfungen zur Beständigkeit gegen Spurbildung

Ingenieure prüfen das Bindemittel und das Mischgut, bevor sie die Befestigung bauen.

• Performance Grade (PG) des Bindemittels. Die erste Zahl einer Superpave-PG-Klasse ist eine Temperatur, zum Beispiel 64 in PG 64-22. Sie ist die mittlere maximale Befestigungstemperatur über sieben Tage für das Bindemittel. Es ist eine Befestigungstemperatur, keine Lufttemperatur. Das dynamische Scherrheometer (DSR) misst den Spurbildungsparameter G*/sin δ bei 10 rad/s. Für das ursprüngliche Bindemittel beträgt das Minimum 1,00 kPa bei der Klassentemperatur.
• Multiple Stress Creep Recovery (MSCR) Test. AASHTO T 350 misst, wie viel der Verformung im Bindemittel sich nicht zurückbildet. Das Ergebnis, Jnr bei 3,2 kPa, legt die Verkehrsklasse fest. Der FHWA-Kurzbericht nennt den Höchstwert von Jnr für jede Klasse. Er beträgt 4,0 pro kPa für S (Standard) und 2,0 für H (schwer). Für V (sehr schwer) beträgt er 1,0 und für E (extrem schwer) 0,5.
• Spurbildungsversuch nach dem Hamburger Verfahren. Bei AASHTO T 324 rollt ein belastetes Stahlrad hin und her über einen Mischgutprobekörper. Der Probekörper liegt in Wasser bei 40 bis 50 °C. Das Labor erfasst die Spurtiefe gegenüber der Zahl der Überfahrten. Der Versuch zeigt den Widerstand gegen Spurbildung und gegen Feuchtigkeitsschäden.

Splittmastixasphalt (SMA) ist ein Mischgut, das auf hohen Widerstand gegen Spurbildung ausgelegt ist. Es hat ein lückengestuftes grobes Gesteinskorn mit Korn-auf-Korn-Kontakt, der die Last trägt. SMA verwendet in der Regel ein modifiziertes Bindemittel.

Schweregrad und Messung

Das PAVER-Handbuch für Asphaltflugplätze bewertet die Spurbildung nach der mittleren Spurtiefe:

• Niedriger Schweregrad: 6 bis 13 mm (1/4 bis 1/2 in).
• Mittlerer Schweregrad: mehr als 13 mm bis 25 mm (1/2 bis 1 in).
• Hoher Schweregrad: mehr als 25 mm (1 in).

Zur Ermittlung der Tiefe legen Sie eine Richtlatte quer über die Spurrinne und messen die Tiefe. ASTM E1703 ist das Prüfverfahren, das die Spurtiefe an einer Stelle mit einer Richtlatte und einem Messgerät misst. Berechnen Sie die mittlere Tiefe aus Messwerten entlang der Länge der Spurrinne. Das Handbuch erfasst die Fläche der Spurrinne in Quadratmetern. Treten Alligatorrisse und Spurbildung im selben Bereich auf, erfasst der Prüfer beide mit ihrem eigenen Schweregrad.

Behörden verwenden keine einheitliche Skala. TxDOT bewertet die Spurbildung im Straßenbau in vier Stufen:

• Flach: 0,25 bis 0,49 in.
• Tief: 0,50 bis 0,99 in.
• Schwer: 1,00 bis 1,99 in.
• Versagen: 2,00 in oder mehr.

Das FHWA-LTPP-Handbuch (Long-Term Pavement Performance) legt keine Schweregrade fest. Es erfasst die gemessene Spurtiefe.

Spurbildung auf dem Flugplatz

Die EASA-Richtlinie führt die Spurbildung unter den physikalischen Parametern der Pistenoberfläche auf. Der Betreiber prüft die Spurbildung während und nach Regen optisch und misst ihren Grad mit einer Richtlatte. Eine Reibungsprüfung ersetzt diese Kontrolle nicht. Selbstbenetzende Reibungsmessgeräte fahren auf einer trockenen Bahn. Deshalb erfassen sie die Auswirkungen von Wasserstau und Spurbildung nicht.

Spurrinnen halten Wasser zurück. Die FAA-Richtlinie AC 150/5320-12C sagt, dass strukturelles Versagen wie Spurbildung zu einem Verlust der Reibung auf der Piste beitragen kann. Sie fordert außerdem, Vertiefungen zu beheben, in denen sich bei Regen Wasser staut. Tiefes Wasser in der Radspur erhöht außerdem die Gefahr von Aquaplaning. NASA TN D-2056 nennt eine Regel für die dynamische Aquaplaning-Geschwindigkeit eines Reifens. In Knoten beträgt sie etwa das 9-Fache der Quadratwurzel des Reifendrucks in psi. Das gilt, wenn das Wasser tiefer als das Profil steht. Bei einem Reifen mit 200 psi ergibt das etwa 127 kt.

Spurbildung ist eine der Schadensarten in der PAVER-Bewertung für Asphaltflugplätze. Sie fließt in den Pavement Condition Index (PCI) ein.

Instandsetzung

Die Instandsetzung hängt von der Schicht ab, in der sich die Spurrinne gebildet hat.

• Spurbildung in den Asphaltschichten. Die Spurrinne kommt möglicherweise größtenteils von seitlicher Verformung des Mischguts. Dann nennt der NCHRP Report 468 als mögliche Instandsetzung das Fräsen oder Ausgleichen mit einer neuen Deckschicht oder das Recyceln der Oberfläche.
• Spurbildung in der Tragschicht oder im Untergrund. Derselbe Bericht sagt, dass Spurbildung aus den unteren Schichten mehr strukturelle Festigkeit braucht. Eine neue Deckschicht allein bringt diese Festigkeit nicht.

AC 150/5380-6C führt die Spurbildung unter den Oberflächenunregelmäßigkeiten auf. Die Instandsetzung besteht darin, die beschädigten Bereiche auszubauen und zu ersetzen oder die Oberfläche zu schleifen oder zu fräsen. Als wahrscheinliche Ursachen nennt sie Verkehr und Alter. Vor einem Überzug schreibt AC 150/5320-6G vor, die Spurbildung durch Profilfräsen zu beheben und die Oberfläche mit einem geeigneten Asphaltmischgut auszugleichen.