Unterschiede: Bodenstabilisierung, Bodenverbesserung, Bodenbehandlung und Bodenverfestigung

  

In der Bodenstabilisierung unterscheidet man zwischen der Bodenverbesserung und Bodenverfestigung der Böden mit hydraulischen Bindemittel und Kalken.

Die Verfestigung ist dauerhaft und frostsicher ausgebildet.

Das Hauptmerkmal der Bodenverbesserung liegt bei der Verarbeitbarkeit bindiger Böden mit hohen Wassergehalten.

Bodenstabilisierung oder Bodenbehandlung

BodenverbesserunG

qualifizierte Bodenverbesserung

Bodenverfestigung

Stabilisierende Bodenart: F2 / F3 Böden F2 / F3 Böden     F1 Böden, abgestuftes Mineralgemisch F2 / F3 Böden
Lage der stabilisierten Schicht: unterhalb des Planums im Planumsbereich

Tragschicht

Frostschutzschicht (oberhalb des fiktiven Planumsbereichs)

Zuordnung der Regelwerke:

ZTV E-StB Merkblatt über Bodenverfestigung und Bodenverbesserung mit Bindemitteln.

TP BF-StB 11.3

 RStO

ZTV E-StB Merkblatt über Bodenverfestigung und Bodenverbesserung mit Bindemitteln.

TP BF-StB 11.3

RStO

ZTV Beton-StB

TP BF-StB 11.1 

RStO

ZTV E-StB Merkblatt über Bodenverfestigung und Bodenverbesserung mit Bindemitteln

TP BF-StB 11.1

Frostsicherer Oberbau:  nein  ja, bis 10 cm durch Umwandlung F3 nach F2* ja, bei F1 Böden

 ja, bei F3 Böden bis 20 cm als Frostschutzschicht nach RStO

(ja, bei F2 Böden volle Anrechnung der verfestigten Frostschutzschicht als SfM, nicht RStO konform)

 Prüfkriterien: EV2> 45 MN/m² auf Planum

Ev2 >70 MN/m² danach Einbau weiterer ungebundener Schichten

Ev2 >70 MN/m² danach Einbau weiterer ungebundener Schichten

Einaxiale Druckfestigkeit > 0,5 N/mm²

Festigkeitsabfall < 50% nach Wasserlagerung

> 3% Bindemittel

Sieblinie

Wasserdurchlässig

Druckfestigkeit von 7 N/mm²

Höhere Druckfestigkeiten sind zu vermeiden

Festigkeitsabfall < 50% nach Wasserlagerung

Hebung der Probe nach Frosteinwirkung.

Bei F2 Böden und Baustoffe nach TL BuB E-StB: Druckfestigkeit von 4,0 N/mm² (MPa aus ZTV E-StB 17)) und Festigkeitsabfall < 50% nach Wasserlagerung nach TP BF-StB Teil B 11.1 Abs. 5.5.1.2  und zusätzlichem Nachweis der Frostsicherheit

Bei F3 Böden: Bindemittelbemessung nur nach Frostwiderstand <= 1‰ bei 12 Frost-Tau-Wechsel

Der Sonderfall nur mit Kalk: Nach Frostbeanspruchung > 0,2 N/mm² ist eigentlich nicht zu erreichen!

min 3% Bindemittelanteil (Zement) = ca. 55 kg/m3

 Anmerkungen:  

Erhöhung der Tragfähigkeit des Planums

Wird nur in Verbindung mit Feinkalk bei nassen Böden angewendet

Erhöhung der Tragfähigkeit des Planums

Reduzierung der Oberbaustärke bei F3- Böden bis zu 10 cm

Nach Abs. 3.1.2:  Eine Verfestigung von 15cm kann bis zu 50 cm Mineralstoffge- gemische ersetzen. (Tabelle 8, RStO12)

Kostengünstigste Bauweise mit anstehenden Böden, hydraulischen Bindemittel und Additiven.

min. 20 cm Mineralgemische werden eingespart.

Bedingt nur unter Pflasterdecken geeignet bei Verfestigung eines F3 Bödens.

 

Unsere innovativen Additive wurden speziell für die Bodenverfestigung entwickelt, sind aber auch in der Bodenverbesserung  und Bodenbehandlung vielseitig einsetzbar.

Generelle Aufgabe der Bindemittel:

Die Kalkdosis ist für den Aufschluss der Minerale, die Aggregatsbildung durch Wasserabsorption und damit für die Verdichtbarkeit, und Langzeitverfestigung verantwortlich.

Die Zementdosis ist für die Festigkeit und Stabilität der Struktur verantwortlich. Zement entzieht dem Boden aber weniger Wasser als Feinweißkalke.

Unsere Additive machen das natürliche Bodengemisch verbindungsfähiger und verstärken die Zementwirkung. Durch das verminderte Porenvolumen werden naürliche latenthydraulische Langzeitreaktionen hervorgerufen. Weniger hydraulische Bindemittelanteile (Zement) werden benötigt.

Definition Bodenverfestigung:

Eine Bodenverfestigung ist ein Voll- oder Teilersatz der mineralischen Frostschutzschicht des Oberbaus durch frostsicheres Verfestigen des in der Planumsschicht des anstehenden oder eingebauten Bodens.


Zusätzlich kann die Tragschicht entfallen, wenn der Untergrund allein schon ausreichend tragfähig und erforderlichenfalls frostsicher ist, und /oder diese Anforderungen durch eine Verfestigung der anstehenden Böden (nur bei F2/F3 Boden) erreicht wird. 

Verfestigung von F1 Böden:

Besteht der Untergrund bzw. Unterbau unmittelbar unter dem Oberbau aus Boden der Frostempfindlichkeitsklasse F 1, kann eine Verfestigung mit hydraulischen Bindemitteln durchgeführt werden, die dann Bestandteil des Oberbaus der Verkehrsfläche wird. Diese Verfestigungen werden in den TL Beton-StB und den und den ZTV Beton-StB geregelt und sind von den Bodenverfestigungen und Verbesserungen frostempfindlicher Böden nach ZTV E-StB zu unterscheiden.

F1 Böden lassen sich wirtschaftlich verfestigen, wenn ein Ev2 von 120 MN/m² auf dem Planum nicht erreicht wird, dieses ist leider häufig der Regelfall.

 

Die Bemessung des Oberbaus und Bodenverfestigung wie folgt:

Zitat aus der RStO 12, Absatz 3.1.2:

Besteht der Untergrund bzw. Unterbau unmittelbar unter dem Oberbau aus Boden der Frostempfindlichkeitsklasse F1, kann die Frostschutzschicht entfallen, wenn die Tiefe 1,2 m (1,3 m bei Frosteinwirkungszone II; 1,5 m bei Frosteinwirkungszone III) unter Fahrbahnoberfläche beträgt.
Der Boden muss in den unter dem Planum verbleibenden oberen 35 cm zusätzlich zu den Anforderungen der ZTV SoB-StB an Frostschutzschichten die Anforderung bezüglich des Verdichtungsgrades erfüllen.
Wird auf dem F1-Boden ein Verformungsmodul von Ev2 ≥ 120 MN/m² (Bauklassen Bk1,0 bis Bk100) bzw. Ev2 = 100 MN/m² (Bauklasse Bk0,3) erreicht, kann der Oberbau gemäß dem Aufbau ab Oberkante Frostschutzschicht angeordnet werden (Bild 4).
Erfüllt der F1-Boden diese Anforderungen an den Verformungsmodul nicht, ist eine Verfestigung nach ZTV Beton-StB (Bild 5) vorzusehen oder alternativ der F1-Boden mechanisch zu verbessern oder die Dicke der darüberliegenden Tragschicht nach Tabelle 8 zu erhöhen. Die Schotter- oder Kiestragschicht der Bauweisen gemäß Tafel 1, Zeile 5, Tafel 2, Zeile 3 und Tafel 3, Zeile 3 kann unmittelbar auf dem F1-Boden angeordnet werden.

Abs3.1.2

Tabelle8

Tabelle 8: Anhaltswerte für aus Tragfähigkeitsgründen erforderliche Schichtdicken von Tragschichten ohne Bindemittel gemäß ZTV SoB-StB in Abhängigkeit von den Ev2-Werten der Unterlage sowie von der Tragschichtart (Dickenangaben in cm)

Praktisch ergeben sich bei einer Bodenverfestigung mit F1 Bestandsboden von 10 bis 25 cm, die Ersparnis einer zusätzlichen Tragschicht von 15-15 cm, nach Tabelle 8 der RStO. Einsparungen sind sogar bis 35 cm mit ungebrochenem Material möglich.

Zudem kann die verfestigte Schicht, mit Auflagen der unteren Wasserschutzbehörde, zur BE benutzt werden.

Verfestigung von F2 Böden:

Randbedinungen sind hier bei einer Bodenverfestigung sind zusätzlich zu den F3 Kriterien eine geforderte Druckfestigkeit von 4 N/mm2, 50% Druckabfall nach Wasserlagerung.

 

VERFESTIGUNG VON F3 BÖDEN:

Hier ist das Hauptanwendungsgebiet der Bodenverfestigung mit Additiven. Durch einen kleineren Bindemittelanteil und Einsatz unserer Additive verden Kosten eingespart. Sonst unbrauchbarer Boden wird zur zur Frostschutzschicht. Auf eine Versprödung der verfestigten Schicht wird entgegengewirkt.

Die verfestigte Schicht bleibt elastisch und ist nach RStO Absatz 3.2.1 mit 20 cm auf den frostsicheren Oberbau in allen Bauklassen anrechenbar.

Ressourcenschonend von Radwegen, über Industieflächen bis Autobahnen......

Verminderter Straßenaufbau nach RDO mit Bodenbehandlungen

Die rechnerische Dimensionierung nach den RDO ist ein wesendlicher Fortschritt in unseren Regelwerken. Die RDO, wie auchnach der Amerikanischen Norm der AASHTO, wird verwendetum eine Dimensionierung des Straßenaufbaus für eine Zeitraum für 30 Jahre zu ermöglichen . Die Bemessung nach AASHTO wird seit mehr als 30 Jahren  in vielen Ländern erfolgreich benutzt. Hier bietet die AASHTO jedoch mehere Möglichkeiten.  Hier hinkte Deutschland leider hinterher. Leider wird die RDO bei uns, auch aus Unwissenheit, nur selten benutzt. Haupteinsatzgebiet ist der PPP bei Autobahnen, obwohl eine Dimensionierung kleinerer Baumaßnahmen auch durchweg möglich wäre. Sogar Nebenangebote nach RDO sind zulässig.

Wir haben jahrelang nur nach Tabellen der RSTO gearbeitet und den Oberbau dimensioniert. Eine Bodenverbesserung oder Bodenverfestigung wurde rechnerisch nicht vorgenommen. Der EU sei in diesem Falle durch die Einführung der RDO Dank. Ein wichtiges Kriterium zu Bemessung hierbei ist die Tragfähigkeit des Untergrundes. Uns ist bekannt aus der RSTO, dass ein EV2 Wert von 45 MN/m2 eingehalten werden muss. Bei höheren Werten, wie bei einer Bodenverfestigung, kann der Aufbau abgemindert werden. Ferner gehen die künftigen Achsbelastungen, Haltbarkeit des Aufbaus und die E-Module der unterschiedlichen Schichten und die Temperatuen in die Berechnung ein.

Die größten Einsparungen sind bei einer Bodenverfestigung bei einem gesättigten CBR von größer 25 % des verfestigten Untergrundes zu erwarten. Eine Abminderung des weiteren Aufbaus ist bei einer Bodenverfestigung zulässig. Die Anrechenbarkeit auf den frostsicheren Oberbau von max. 20cm kann so nach RDO erhöht werden. Eine erhebliche Kostenreduzierung ist damit verbunden.    

 

HYDRAULISCH GEBUNDENE TRAGDECKSCHICHT  (HGTD)

Nur geeignet für ländliche Wege. Die Einbaustärke beträgt nur 12-14 cm. Hierbei wird ein Bodengemisch, mit bis zu 15% Feinanteilen, bevorzugt im Zentralmischverfahren mit Fertigern aber auch im Baumischverfahren eingebaut. Beträgt der Feinstkornanteil von 0,063 unter 5 M% ist keine Prüfung des Frostwiderstandes des verwendeten Baustoffgemisches erforderlich. Die Druckfestigkeit der Probekörper soll nach 28 Tagen mehr als 12 N/mm2 betragen. Um diese relativ hohen Druckfestigkeiten zu erreichen sind im Regelfall bis zu 270kg Zement pro m3 erforderlich. Unser Additiv ermöglicht hier eine Einsparung von mehr als 100kg Zement/m3.

Leider hat sich keiner bei den RLW Gedanken gemacht um diese Logik zu verstehen. Auch bei "hohen" Feinanteilen bis 15% und einer geforderten Druckfestigkeit von 12 N/mm2 ist der Nachweis der Frostsicherheit durch den hohen Bindemittelanteil gewiss gegeben. Die hierzu erforderliche Eignungsprüfung erfordert einen sinnlosen und teueren Mehraufwand von mindestens 6 Wochen. 

Eine Kerbung der Oberfläche findet nicht statt, eine eventuelle auftretende Rissbildung wird toleriert.

Die Richtlinien für den ländlichen Wegebau 2016 (RLW) und die Richtlinie für die Befestigung ländlicher Wege (ZTV LW bzw. DIN 18316 Oberbauschichten mit hydraulischen Bindemitteln) regelt die Einzelheiten im Detail. Link dazu hier.

 

HYDRAULISCH GEBUNDENE DECKSCHICHT  (HGD)

Wie schon bei der HGTD ist die HGD nur für ländliche Wege bei geringer Verkehrsbelastung geeignet. Die Einbaustärke beträgt  8-12 cm. Hierbei wird ein Bodengemisch, mit bis zu 15% Feinanteilen, bevorzugt im Zentralmischverfahren mit Fertigern eingebaut. Beträgt der Feinstkornanteil von 0,063 unter 5 M% ist keine Prüfung des Frostwiderstandes des verwendeten Baustoffgemisches erforderlich. Die Druckfestigkeit der Probekörper soll nach 28 Tagen mehr als 14 N/mm2 betragen, dadurch ist die Verwendung eines genomten Mineralgemisches von 0/16 bis 0/22 schon fast unumgänglich. Zudem, durch die erhöhte Anforderung des EV2 Wertes ist diese Art der Konstruktion nur bei einen Untergrund aus F1/F2 Boden sinnvoll.

Auf eine Kerbung der Oberfläche wird auch hier verzichtet. Sonst siehe meinen Kommentar zu der HGTD.....

 

VERDICHTUNG VON BINDIGEN BÖDEN:

Bei F2/F3 Böden enpfehlen wir besonders die Verwendung einer Polygonbandage-Walze zur Tiefenverdichtung, wenn die Bebauung es zuläst.

 

Bindung polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe:

Zum Recycling einer PAK haltigen bituminösen Tragschicht bindet das Additiv die Schadstoffe in der Bodenmatrix, auch ohne Vorabsiebung der Feinanteile. Das Eluatverhalten wird durch verminderte Saugwirkung verbessert, weniger Schadstoffe werden vom verfestigten Verbundkörper ausgespült.

Eignungsprüfungen:

Bei Eignungsprüfungen für Bodenverfestigungen sind gemäß RStO, ZTV E-StB, ZTV E-StB und ZTV Beton-StB einzuhalten. Das bodenmechanische Labor erhält eine Probe des Additives zur Herstellung der Probekörper.

Die Festlegung der Bindelmittelart- und Menge erfolgt nach den technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau (TP BF-StB), Teil B 11.1 und B.11.3.

Das Ergebnis der Eignungsprüfung für Bodenverfestigungen ist der Bindemittelanteil und Bindemittelart mit dem dazugehörigen optimalen Proctorwassergehalt zur Frostbeständigkeit RAP- Stra Eignungsprüfungen, öffentliche Auftraggeber sind gehalten, eine anerkannte Prüfstelle, nach den „Richtlinien für die Anerkennung von Prüfstellen im Straßenbau (RAP Stra 15) zur Erstellung einer Eignungsprüfung zu beauftragen. Bundesweite Liste

Die Bestimmung der Längenänderung zur Frostsicherheit ist das Bemessungskriterium zur Bestimmung der Bindemittelanteile bei F3/F2 Böden:

Bei F2/F3 Böden wird der erforderliche Bindemittelanteil überwiegend durch die 50% Festigkeit nach Wasserlagerung überschläglich bemessen. Die geforderte Längenänderung von 1‰ durch 12 Frost-Tau Wechsel muß die ermittelte Bindemittelzugabe bestätigen.  

Im Widerspruch dazu ist bei F3 Böden ist jedoch allein der Nachweis zur Frostsicherheit das Bemessungskriterium zur Anrechnung auf eine Frostschutzschicht. Nach RStO können dann 20 cm Mineralstoffgemische eingespart werden, wenn nach ZTVE-StB verfestigt wird.

Einbau einer weiteren mineralischen Tragschicht (Kriterium ist die Befahrbarkeit) nach:

Zement: temperaturabhänig ab 24 Stunden, mit Ev2 >70MN/m2, auf der verfestigten Schicht

Mischbinder und Feinweißkalke: ab 2 Tagen

Konzentration des Additives:

Die Konzentration des Additivs richtet sich nach dem optimalen Proctor Wassergehalts des Bodens und damit auch nach der Körngrößenverteilung. Ein Mischungsverhältnis von 1:175 zum optimalen Proctor Wassergehalts der Bodenmatrix hat sich als Optimum bei der Eignungsprüfung herausgestellt. 

Bauseits wird das Additiv wird in einem berechneten Mischungsverhältnis dem Zugabewasser hinzugegeben. Bedingt durch die Eigenfeuchte der Böden, ist das Mischungsverhältnis des Additives prozentual zu erhöhen.

Download Excel Tabelle in Abhänigkeit zur Eigenfeuchte und Wasseraufnahme der Bindemittel.

Umwelt:

Durch Verzicht oder Abminderung auf konventionelle Frostschutzschichten (untere Tragschichten, früher auch als HVT bezeichnet) aus gebrochenen Materialien wird die CO2-Bilanz nachhaltig verbessert. Bisher wenig verwendbare Materialien, können jetzt im Baumischverfahren eingebaut werden. Schon heute ist eine Anrechnung von 20cm auf dem frosicheren Oberbau, sogar im öffentlichen Straßenbau gegeben.

Wasssergebundene Decken, Forstwege und Unbefestigt Wege und Bankette:

Unterhaltungskosten können auch durch einfaches Aufbringen auf bestehende Flächen signifikant gemindert werden. TS Ionen, mit 50 Teilen Wasser verbessert den Zusammenhalt der Bodenpartikel. Wartungsintervalle unbefestigter Wege und Straßen und Bankette können vergrößert werden. Kosten werden durch diese erosionsmindende und verfestigende Maßnahme eingespart. Eine Applikation von 1 l/m2 ist schon ausreichend. Die Verfestigung läuft zeitlich verzögert durch natürliche Bewetterung bis in 10 cm Tiefe ein. Voraussetzung ist hierbei ein Feinanteil von mehr als 10% der Kongrößenverteilung < 0,063 mm.

Werksmäßig mit TS Ionen behandelt, ist zudem weniger Verdichtungsenergie beim Einbau erforderlich. Eine köstengünstige nachhaltige Ausführung mit verlängerten Wartungsintervallen.

Die Nachteile einer wassergebundenen Decke, wie die Anfälligkeit durch Erosion in Gefällestrecken bei Starkregen und Staubentwickung in Trockenphasen werden deutlich unterbunden.

Hinweis:

Wir weisen ausdrücklich darauf hin, dass das Erreichen erwähnter Eigenschaften eine geeignete Herstellung und Verarbeitung des Baustoffes sowie eine sachgerechte, nach dem Stand der Technik durchzuführende Vorbereitung auf der Baustelle voraussetzt.

Mit Hilfe unserer speziell entwickelten Prognoserechnung, dessen Herzstück eine Tabellenkalkulation mit den Absorbtionsgrößen unterschiedlicher Bindemittel aus zahlreichen Laboruntersuchungen an Boden-Bindemittel Gemischen darstellt, kann überschläglicht die entsprechende Bindemittelmenge mit unseren Additiven abgeschätzt werden, die voraussichtlich eingesetzt werden muss, um die Frostsicherheit des jeweiligen Projektes zu erreichen und eine Anrechnung auf den frostsicheren Oberbau als Bodenverfestigung zu ermöglichen.

Hinweis zur Eigungsprüfung:

Die vorab beschriebene Prognoseberechnung ersetzt keine Eignungsprüfung im Bereich einer Bodenverfestigung.

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Bodenstabilisierung, Einstufung in die Regelwerke, Prüfkriterien

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Vergleich unterschiedlicher Bauweisen einer Frostschutzschicht

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Kostenvergleiche unterschiedlicher RStO konformer Bauweisen

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Eignungsprüfungen und weitere Testergebnisse

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Leistungsverzeichnis Bodenverfestigung mit Additiv