Was ist der Untergrund?

Der Untergrund ist die Bodenschicht, die den Unterbau einer Befestigung bildet.

Der Untergrund liegt unter der Frostschutzschicht, der Tragschicht und der Deckschicht. Er trägt die Last, die diese Schichten verteilen. Die Lastspannungen nehmen mit der Tiefe ab, daher liegt die maßgebende Spannung im Untergrund meist an seiner Oberseite. Die Schichten darüber müssen diese Spannung so weit senken, dass der Untergrundboden nicht übermäßig verformt oder verschoben wird (FAA AC 150/5380-6C).

FAA AC 150/5320-6G nennt den Untergrund als einen von vier gleich wichtigen Teilen einer Flugplatzbefestigung. Die anderen drei sind die Befestigungsmaterialien, die aufgebrachten Lasten und das Klima.

Wie die Festigkeit des Untergrunds beschrieben wird

• California Bearing Ratio (CBR). Ein Eindringversuch nach ASTM D1883. Ein CBR von 15 bedeutet, dass der Boden 15 Prozent des Widerstands eines Standard-Kalksteinschotters bietet. Der Laborversuch verwendet Material vom Standort, neu verdichtet auf Feuchte und Dichte des Bauzustands, und ist wassergesättigt. Ein Befestigungsunterbau erreicht nach etwa 3 Jahren nahezu volle Sättigung, und der wassergesättigte Versuch bildet diesen Zustand ab. Bei Kies liefert der Versuch oft zu hohe Werte. Deshalb begrenzt das FAA-Bemessungsverfahren den Elastizitätsmodul E auf 50 000 psi (CBR 33).
• Elastizitätsmodul (E). Für feinkörnigen, nicht quellfähigen Boden beträgt E in psi etwa das 1 500-Fache des CBR. In MPa beträgt E etwa das 10-Fache des CBR. Die AC nennt das eine näherungsweise Beziehung.
• Bettungsmodul (k). Ein Plattendruckversuch nach AASHTO T 222 liefert k für die Bemessung starrer Befestigungen. Die Platte ist 30 Zoll (762 mm) breit.
• Untergrundkategorie für ACR-PCR. Die gemeldete Festigkeit verwendet vier Kategorien, die über E definiert sind. A bedeutet 150 MPa oder mehr. B bedeutet 100 bis unter 150. C bedeutet 60 bis unter 100. D bedeutet unter 60. Die Kategorie ist Teil des PCR-Berichts (ICAO Anhang 14 Band I, FAA AC 150/5335-5D).

Einen schwachen Untergrund verbessern

• Liegt die mittlere Festigkeit des Untergrunds unter CBR 5 (E etwa 7 500 psi), empfiehlt die AC eine Verbesserung. Der Planer kann chemische oder mechanische Verfahren nutzen oder den Untergrund austauschen.
• Liegt sie unter CBR 3 (E etwa 4 500 psi), sagt die AC, dass der Untergrund durch Stabilisierung oder Austausch verbessert werden soll.
• Die AC rät außerdem, in diesen Fällen eine Stabilisierung zu erwägen:
  • die Entwässerung ist schlecht
  • Frost wirkt
  • Wasser überflutet das Gebiet von Zeit zu Zeit
  • eine stabile Arbeitsplattform wird benötigt
• Die häufigste Verwendung eines Geosynthetiks auf Flugplätzen ist, das Eindringen von Feinanteilen in die Tragschicht zu verhindern. Die FAA erlaubt für kein Geosynthetik einen dünneren Befestigungsaufbau.

Bei der Verdichtung berechnet FAARFIELD die Tiefe und die Dichte, die der Untergrund braucht. Es verwendet ASTM D698 für Luftfahrzeuge unter 60 000 lb (27 200 kg) und ASTM D1557 für Luftfahrzeuge ab 60 000 lb. Die Bauspezifikation, Position P-152, verlangt, dass das Material vor dem Walzen um höchstens 2 Prozent vom optimalen Wassergehalt abweicht.

Frost, Quellen und Wasser

Frosteinwirkung kann eine ungleichmäßige Hebung und im Frühjahrstauwetter einen Festigkeitsverlust des Bodens verursachen. Die AC ordnet Böden in Frostgruppen FG-1 bis FG-4 ein. FG-4-Böden, zu denen Schluffe gehören, sind am anfälligsten.

Tonböden mit einer Fließgrenze über 40 und einer Plastizitätszahl über 15 können quellen. Die AC verlangt eine Behandlung, wenn ein Boden, der 2 bis 3 Prozent über dem optimalen Wassergehalt verdichtet wurde, im Versuch nach ASTM D1883 um mehr als 3 Prozent quillt.

Die AC empfiehlt eine Dränageschicht für Befestigungen, die Luftfahrzeuge über 60 000 lb bedienen. Sie empfiehlt eine solche Schicht auch dort, wo viel Wasser unter der Oberfläche steht und wo die Durchlässigkeit des Bodens unter 20 ft pro Tag liegt. Eine wirksame Schicht entwässert unter Pisten und Rollwegen 85 Prozent in 24 Stunden. Unter Vorfeldern entwässert sie 85 Prozent in 10 Tagen.

Zeichen auf der Befestigungsoberfläche

Die PAVER-Handbücher verbinden einige Oberflächenschäden mit dem Untergrund:

• Eine Senkung kann durch Setzung des Gründungsbodens entstehen. Darin sammelt sich Wasser, und auf einer Piste kann sie Aquaplaning verursachen.
• Eine Spurrinne entsteht durch bleibende Verformung in einer beliebigen Schicht, auch im Untergrund.
• Eine Aufwölbung wird meist durch Frosteinwirkung im Untergrund oder durch quellenden Boden verursacht.
• Pumpen bei Betonbefestigungen hinterlässt Verfärbungen sowie Material aus der Tragschicht oder dem Untergrund nahe den Fugen und Rissen.

Diese Zeichen zeigen ein mögliches Problem. Bohrungen und Prüfungen finden die Ursache.