INSTITUT FÜR STRASSEN- UND EISENBAHNWESEN
www.kit.eduwww.kit.eduKIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und
Nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
INSTITUT FÜR STRASSEN- UND EISENBAHNWESEN (ISE)
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender Temperaturen
Kolloquium 2010 „Straße und Klimawandel – Szenarien und Denkanstöße“
Dr.-Ing. Carsten Karcher
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen4 08.12.2010
Einflussfaktoren auf die Straßenkonstruktion
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Endogene Einflussfaktoren
Dimensionierung der Konstruktion
Bemessung der Konstruktion
Baustoffauswahl
Qualität der Baustoffe und der Bauausführung
Erhaltung
Ausgabe 2001
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen5 08.12.2010
Einflussfaktoren auf die Straßenkonstruktion
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Exogene Einflussfaktoren
Verkehrsbeanspruchung
Temperatur
UV-Strahlung
Niederschlag
Äuß
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Fakto
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Fahrgeschwindigkeit
Achslasten, gesamt
LKW-Anteil
DTV
Windgeschwindigkeit
Relative Luftfeuchte
Lufttemperatur
Globalstrahlung
Vegetation
Himmelsrichtung
Tallage, Berglage, Hanglage
Damm, Einschnitt, Gleichlage
Gradiente
Querschnitt
Querneigung
Radius
Zur Beschreibung der Stoffeigenschaften
erforderliche Hilfsgrößen
Oberflächentemperaturen
Asphaltkörpertemperaturen
Asphaltsteifigkeit
Querdehnzahl
Achslastverteilungen
Geschwindigkeitsverteilungen
Zur Prognose von Verformungen
erforderliche Eingangsgrößen
Verformungen
Korngrößenverteilung
F, S, K, Spl, BS:NS
Bindemittelgehalt
Volumenanteile
B , M , Hbit, HFB
Erweichungspunkt RuK
Penetrationsindex
Stabilisierungsindex, P
Raumdichte
Verdichtungsgrad
Schichtdicke
Absorptionskoeffizient,
langwellig
Absorptionskoeffizient,kurzwellig
Spezifische Wärmekapazität
Wärmeleitzahl
Innere
Fakto
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Quelle: Arand & von der Decken, 1996
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen6 08.12.2010
Prognostizierte Änderungen des Klimas
IPCC Fourth Assessment Report:
Climate Change 2007 (AR4) - Zentral-Europa
Höhere Temperaturen an warmen Tagen
Größere Anzahl an aufeinanderfolgenden heißen Tagen
(Hitzeperioden)
Steigende Durchschnittstemperaturen:
SRES A2: 2,5 bis 5,5 K und B2: 1 bis 4 K
Weniger Tage mit (sehr) tiefen Temperaturen
Vermehrte Frost-Tau-Wechsel
Niederschläge
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen8 08.12.2010
Abschätzung klimabedingter Auswirkungen
Umfeld der Straßenkonstruktion
Überschreitung zulässiger Längsdehnungen für
Spannbetonbrücken
Rutschungen an wassergesättigten Böschungen
Überschwemmungen
Unterspülungen
Oberfläche der Straßenkonstruktion
Aquaplaning
Sprühfahnen
Straßenkonstruktion selbst
Wirkungsmechanismen, Auswirkungen
sowie Ansätze zur Adaption für
Beton- und Asphaltkonstruktionen
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen9 08.12.2010
Straßenkonstruktionen aus Asphalt
Wirkungsmechanismus des exogenen Einflussfaktors
Temperatur
Steifigkeit
Verformungsverhalten (in Kombination mit Verkehrseinfluss)
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Phase 1
Phase 2
Phase 3
Anzahl der ÜberrollungenS
purr
inn
entie
fe
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen10 08.12.2010
Straßenkonstruktionen aus Asphalt
Auswirkungen klimabedingter Änderungen bei
gleichbleibenden endogenen Einflussfaktoren
Höhere (Durchschnitts-)Temperaturen
Hitzeperioden
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
50
52
54
56
58
60
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Verkehrsbeanspruchung B [Mio. äAÜ]
Te
mp
era
turb
ea
ns
pru
ch
un
g [
°C]
2,0
2,5
3,0
ln-Dehnungsrate εln* [‰·10-4
/n]
1,5
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen11 08.12.2010
Straßenkonstruktionen aus Asphalt
Mögliche Schäden
Bleibende Verformungen (Spurrinnen)
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen12 08.12.2010
Straßenkonstruktionen aus Asphalt
Mögliche Schäden
Bleibende Verformungen (Spurrinnen)
Risse durch geändertes Tragverhalten aufgrund Wassereinwirkung
Materialverlust, Kornausbrüche (Schlaglochbildung)
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen13 08.12.2010
Straßenkonstruktionen aus Asphalt
Möglichkeiten zur Vermeidung von klimabedingten
Schäden
Auswahl von Baustoffen mit besonderen Eigenschaften
Realisierung von Qualität der Baustoffe und der Bauausführung
Rechtzeitige Erhaltung- und Instandsetzung (Oberfläche und
Entwässerungseinrichtungen)
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000
Lastimpulsanzahl n [-]
Deh
nu
ng
[‰
]
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen14 08.12.2010
Straßenkonstruktionen aus Beton
Wirkungsmechanismus des exogenen Einflussfaktors
Temperatur
Ausdehnen
Aufwölben (auch aufgrund von Feuchte)
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Quelle: Sam Foos, KIT
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen15 08.12.2010
Straßenkonstruktionen aus Beton
Auswirkungen klimabedingter Änderungen bei
gleichbleibenden endogenen Faktoren
Höhere Temperaturen, Hitzeperioden
Mögliche Schäden
Hitzeschäden / Blow-ups
Risse (Eigengewicht und Verkehr)
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Quelle:
Leitfaden Hitzeschäden,
Rupert Schmerbeck
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen16 08.12.2010
Straßenkonstruktionen aus Beton
Möglichkeiten zur Vermeidung von klimabedingten
Schäden
Realisierung von Qualität der Baustoffe und der Bauausführung
Erhaltungs- und Instandsetzungsempfehlungen
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen17 08.12.2010
Straßenkonstruktionen aus Beton
Möglichkeiten zur Vermeidung von klimabedingten
Schäden
Realisierung von Qualität der Baustoffe und der Bauausführung
Erhaltungs- und Instandsetzungsempfehlungen
Rechtzeitige Erhaltung und Instandsetzung
(z.B. Entwässerungseinrichtungen
und Fugenpflege)
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender
Temperaturen
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen19 08.12.2010
Fazit und Ausblick
Ausgangsfrage: Wir verletzbar sind unsere
Straßenkonstruktionen aufgrund von geänderten
Randbedingungen, die aus dem Klimawandel resultieren?
(Re-)Agieren nötig
Adaptionen durch Veränderung endogener
Einflussfaktoren
Zeiträume bedenken, Bauwerke sind auf eine
jahrzehntelange Nutzungsdauer ausgelegt!
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen20 08.12.2010
Fazit und Ausblick
Ausgangsfrage: Wir verletzbar sind unsere
Straßenkonstruktionen aufgrund von geänderten
Randbedingungen, die aus dem Klimawandel resultieren?
(Re-)Agieren nötig
Adaptionen durch Veränderung endogener
Einflussfaktoren
Zeiträume bedenken, Bauwerke sind auf eine
jahrzehntelange Nutzungsdauer ausgelegt!
Vielen Dank für Ihr Interesse!
Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen
INSTITUT FÜR STRASSEN- UND EISENBAHNWESEN
www.kit.eduwww.kit.eduKIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und
Nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
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Vulnerabilität von Straßenkonstruktionen aufgrund steigender Temperaturen
Kolloquium 2010 „Straße und Klimawandel – Szenarien und Denkanstöße“
Dr.-Ing. Carsten Karcher