Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.
1 Einleitung
Wenn man sich mit dem Thema „Griffigkeit – Stand der Prüfungen“ beschäftigt, so wird man sich zunächst darum kümmern müssen, von welchen Prüfungen genau die Rede sein soll. Die Griffigkeit wird nämlich nicht nur mit der SCRIM gemessen, es gibt tatsächlich eine Vielzahl von Prüfgeräten, von denen die SCRIM nur eines ist. Auch wenn man sich auf die in Deutschland zur Zeit in der Diskussion stehenden Geräte beschränkt, so bestehen doch abhängig von der Fragestellung mehrere Möglichkeiten die Griffigkeit zu messen.
Will man eine bauvertragliche Kontrollprüfung im Fernstraßenbau durchführen, so ist tatsächlich die SCRIM als Prüfgerät vorgegeben. Besonders aber bei kurvigen Strecken oder auf Straßen im kommunalen Bereich erhält man mit dem sog. „SRMT“ oder „Grip-Tester“ mit vergleichsweise geringem Aufwand eine Information über die Griffigkeit einer Verkehrsfläche.
Will man die Griffigkeit an besonders gefährlichen einzelnen Punkten prüfen oder vorab feststellen, ob eine aufwendigere SCRIM-Prüfung notwendig ist, so ist die Kombination aus SRT und AM die richtige Wahl.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Deckschicht aber bereits hergestellt und man könnte im Falle einer zu geringen Griffigkeit nur noch Schadensbegrenzung betreiben. Dies führt dazu, dass man sich mit Prognoseverfahren beschäftigen muss, von denen in Deutschland zurzeit zwei Verfahren in der engeren Diskussion sind. Das Verfahren nach Wehner/Schulze (PWS) und das Verfahren nach Gauer (PGM) werden zurzeit im Rahmen eines Forschungsprojektes durch die TU München miteinander verglichen und für die Prognose der Griffigkeit von Asphalt bei der Eignungsprüfung optimiert.
Doch auch diese Verfahren möchte man nicht anwenden, bevor man mit einer gewissen Sicherheit weiß, ob man überhaupt eine Chance hat, zu einem positiven Ergebnis zu kommen. Schließlich sind mit den Prognoseprüfungen immer noch aufwendige Untersuchungen erforderlich, die deshalb nicht an jeder denkbaren Mischgutvariante durchgeführt werden können. Daher ist es sinnvoll, nur grobe und feine Gesteinskörnungen zu verwenden, die einen ausreichenden Widerstand gegen Polieren aufweisen. Der Widerstand von groben Gesteinskörnungen gegen Polieren kann durch Ermittlung des so genannten „Polish Stone Value“ (PSV), der von feinen Gesteinskörnungen durch ein an dieses Verfahren angelehntes Vorgehen an Sand ermittelt werden.
2 Prüfverfahren für die Straßenoberfläche
2.1 Messverfahren SCRIM
Seitdem sich die Fachgremien der Forschungsgesellschaft mit den Verfahren zur Messung der Straßenoberfläche beschäftigen, ist das Messverfahren SCRIM in vielen Publikationen vorgestellt worden, eine erneute Beschreibung kann daher an dieser Stelle sicherlich entfallen. Für das Messverfahren hat es um den Einführungszeitpunkt der „neuen“ ZTV Asphalt- StB, Ausgabe 2001 und auch noch danach mehrere Allgemeine Rundschreiben des Bundesverkehrsministeriums (ARS) gegeben, in denen aktuelle Forschungsergebnisse und Erfahrungen zeitnah umgesetzt wurden. Aktuell wird die bauvertragliche Messung nach den TP Griff-StB 2001 (SCRIM) ergänzt durch das ARS 24/2003 durchgeführt. Zusätzlich findet die SCRIM im Rahmen der Straßenzustandserfassung und Bewertung (ZEB) von Fernstraßen breite Anwendung.
Die Einführung des Verfahrens als Referenzverfahren für bauvertragliche Messungen war in den letzten Jahren von einer heftigen Diskussion um seine Präzision begleitet, daher war zu diesem Thema an der TU Darmstadt eine Forschungsarbeit durchgeführt worden [1].
Dabei hatte sich herausgestellt, dass für die SCRIM ein Ergebnis erst aus der Mittelung von zwei verträglichen Messfahrten berechnet werden sollte. Für die Beurteilung der Präzision eines Messverfahrens ist dann die Standardabweichung unter Vergleichsbedingungen maßgebend, die in der Tabelle 1 genannt wird.
Tabelle 1: Standardabweichungen unter Vergleichsbedingungen, Messverfahren SCRIM [1]
Das erforderliche Vorhaltemaß ergibt sich bei einseitiger Fragestellung und Prüfung gegen einen Anforderungswert durch Multiplikation mit 1,65.
Bei „Ungeführten Fahrten“ versucht der Fahrer per Augenschein und nach seinen Erfahrungen innerhalb einer Spurrinne die niedrigste Griffigkeit zu finden. Bei einer geführten Fahrt wird die Messung mit einem festen Abstand von der Seitenmarkierung durchgeführt. Natürlich ist eine augenscheinliche Einschätzung durch den Fahrer schwieriger als eine Fahrt mit festem Abstand, daher überrascht es nicht, dass bei der damaligen Ringanalyse für die geführten Fahrten eine geringfügig bessere Präzision ermittelt wurde. Für die geführte Fahrt reicht die Präzision dann auch für eine bauvertragliche Bewertung aus.
2.2 Messverfahren SRMT
Der „Skid Resistance Measuring Trailer-SRMT“ oder „Grip-Tester“ hat gegenüber der SCRIM vor allem den Vorteil der kompakten Abmessungen und des kleinen Gewichts. Eine Messung ist sowohl im Schubbetrieb bei Schrittgeschwindigkeit (5 km/h) als auch im Zugbetrieb (bis 130 km/h) möglich. So ist das Gerät sehr flexibel für viele verschiedene Verkehrsflächen einsetzbar. Für Routinemessungen ist eine Anwendung vor allem für kleinere Baumaßnahmen, z. B. im kommunalen Straßenbau und im untergeordneten Straßennetz sinnvoll. Er ist aber auch für die Beurteilung von Parkflächen, Rad- und Fußgängerflächen sowie Fahrbahnmarkierungen bereits erfolgreich eingesetzt worden.
Der SRMT hat zwei Laufräder und ein Messrad, die mit einer Kette miteinander verbunden sind. Über diesen Kettenantrieb, wird mit Hilfe einer Übersetzung ein Drehzahlunterschied von ca. 18 % bewirkt, der im Kräftegleichgewicht bei der Messung zu einem Schlupf des Messrades von ca. 15 % führt. Während der Messfahrt werden gleichzeitig die Horizontal- und Vertikalkräfte, die auf das Messrad wirken, gemessen und daraus der Gleitbeiwert ermittelt. Der SRMT benötigt in der Regel ein Zugfahrzeug, das nicht nur der Gewährleistung einer gleichmäßigen Messgeschwindigkeit dient, sondern auch für eine ausreichende und gleichmäßige Wasserzufuhr zu sorgen hat. Der Messanhänger ist mit dem Zugfahrzeug über eine Anhängerkupplung verbunden, die es je nach Ausstattung ermöglicht, nicht nur in der rechten Rollspur sondern auch in Fahrbahnmitte oder auf der linken Fahrbahnseite zu messen.
Für die Durchführung einer Messung mit dem SRMT liegt zurzeit eine „TP Griff-StB 2005 (Grip Tester)“ als Entwurfsfassung vor, in die auch die Erfahrungen eingeflossen sind, die man mit Griffigkeitsmessungen mit der SCRIM gemacht hat und die man dort durch die bereits genannten Allgemeinen Rundschreiben umgesetzt hat.
Der SRMT und sein Aufbau sind im Bild 1 dargestellt.
Bild 1: SRMT (Grip-Tester), seitlich von oben (Foto oben) und von unten (Foto unten) fotografiert
Ähnlich wie für die SCRIM ist an der TU Darmstadt auch die Präzision für den SRMT ermittelt worden. Die Präzision des Verfahrens liegt etwa auf dem Niveau der SCRIM, die in der gleichzeitig durchgeführten Ringanalyse festgestellten Werte waren geringfügig hinter denen der SCRIM zurückgeblieben. Dies ist sicherlich noch zu verbessern, wenn die Anzahl der Betreiber noch zunimmt und ein weiterer Erfahrungsaustausch dieser Betreiber stattfindet.
Tabelle 2: Standardabweichungen unter Vergleichsbedingungen, Messverfahren SRMT [2]
2.3 Weiterentwicklung der mobilen Messverfahren
Die Beschäftigung mit diesen beiden Messverfahren hat dazu geführt, dass man sich mit der Messdurchführung tiefgehend beschäftigt hat. Dies hat bei dem Messverfahren SCRIM, aufgrund des genannten bauvertraglichen Hintergrunds, zu einer vergleichsweise schnellen Abfolge an Allgemeinen Rundschreiben geführt, in denen die neuesten Erkenntnisse zeitnah umgesetzt waren. Beim Grip-Tester lag der bauvertragliche Druck nicht vor, deshalb konnte man sich leisten, alles in einer bisher im Entwurfsstadium vorliegenden TP Griff zusammenzufassen.
Die Beschäftigung mit diesen Messverfahren hat bewirkt, dass man zunächst die erforderlichen Messvoraussetzungen genau festgelegt hat.
So ist ein Überwachungssystem für das jeweilige Messgerät aus - Eigenüberwachung (begleitend) - Wartung - Zulassungsprüfung (jährlich) und - Fremdüberwachung (alle 4 Monate) entwickelt worden.
Man hat außerdem sich ausführlich mit dem Messreifen beschäftigt und verschiedene Einflussgrößen genau festgelegt. So sind nun - Alter, Laufzeit und Verschleiß des Reifens beschränkt - die Lagerbedingungen festgelegt - die Einfahrzeit des Reifens bestimmt und - der Reifeninnendruck, abhängig von der Lufttemperatur festgelegt.
Liegen die Messvoraussetzungen vor, so müssen zusätzlich noch eine Reihe von äußeren Bedingungen eingehalten werden, um eine bauvertraglich verwertbare Messung zu erzielen. So muss die Fahrbahn sauber und nicht zu nass sein. Die Luft- und Oberflächentemperatur muss zwischen 5 ° C und 50 ° C liegen, die Messung muss zwischen Mai und Oktober stattfinden und beim Messsystem SCRIM über mindestens 2 km führen.
Bei der Messung darf die Messgeschwindigkeit um höchstens 4 km/h über- oder unterschritten werden und von der „Soll“- Spur höchstens 15 cm abgewichen werden. Das Messergebnis darf dann gebildet werden, wenn mindestens zwei verträgliche Einzelmessungen vorliegen.
Um die Präzision der genannten Verfahren nun weiter zu verbessern, muss man sich zunächst überlegen, welche Größen denn nun die Messung beeinflussen könnten. So werden Zustand und Verschleiß des Messfahrzeugs und des Messreifens sicherlich eine Rolle spielen. Das verwendete Zwischenmedium Wasser könnte nicht nur durch seine unterschiedliche Menge, sondern auch durch seine Temperatur und die Art des Aufbringens auf die Oberfläche die Ergebnisse beeinflussen. Die Messeinrichtung und die Auswertung der Daten könnte ebenfalls Einfluss nehmen, genauso wie die Messdurchführung und die äußeren Messbedingungen, zu denen man ja bereits umfangreiche Festlegungen getroffen hat.
Nun kann man alle diese Punkte noch einmal im Detail betrachten. Beim Messreifen kommt man dann schnell auf eine Fülle von Einflüssen, die zur Erfassung anstehen. Ähnliches gilt sicherlich auch für die sonstigen Einflussfaktoren und es ist sogar denkbar, dass man in einer solchen Zusammenstellung erst im Laufe der Bearbeitung einzelner Punkte bemerken wird, dass weitere Aspekte in der vorgenannten Zusammenstellung noch fehlen.
2.4 Skid Resistance Tester (SRT) und Ausflussmesser (AM)
Beim Skid Resistance Tester (SRT) und dem Ausflussmesser (AM) kann eine Messung nur an einzelnen Punkten und hinter einer Absperrung durchgeführt werden. Aufgrund der kompakten Geräteabmessungen und dem im Vergleich zu sonstigen Messverfahren deutlich geringeren Anschaffungskosten sind die Messmethoden trotz der genannten Nachteile in Deutschland sehr verbreitet. Sie dienen bei Abwicklung eines Bauvertrages nach ZTV Asphalt-StB auch der Abgrenzung, ob eine Untersuchung mit der SCRIM notwendig ist oder nicht.
Man hat im Laufe der Jahre eine Fülle von Erfahrungen gesammelt und sie in einer neuen TP Griff-StB (SRT), Ausgabe 2004, zusammengefasst. Trotzdem sind jüngere systematische Untersuchungen zur Präzision des Verfahrens nicht bekannt [3]. Die fehlende Kenntnis der Präzision kann auch einer der Gründe sein, warum die Verfahren bei vielen Praktikern einen besseren Ruf genießen als die SCRIM oder der SRMT. Für eine wirkliche Beurteilung der Aussagekraft sollte deshalb mit den aktuellen Messbedingungen aus der o.g. TP eine Ringanalyse unter den Gerätebetreibern durchgeführt werden.
3 Prognoseprüfungen im Labor
Die Genauigkeit der bisher genannten Messungen steht natürlich immer auch im Zusammenhang mit der Frage, ob es in der Praxis auf diese Genauigkeit überhaupt ankommt. Gelingt es beispielsweise mit den Prognoseprüfungen mit relativ hoher Sicherheit die Griffigkeit, abhängig von der Art der Deckschicht und ihrer Beanspruchung vorherzusagen, und stellt man die Rezeptur mit einem entsprechenden Sicherheitsabstand auf diese Vorhersage ein, so wird möglicherweise die Genauigkeit von Griffigkeitsmessungen nur noch akademischen – nicht aber praktischen Charakter haben.
Dementsprechend ist es sinnvoll, die Anwendbarkeit dieser Prognoseverfahren voranzutreiben. Zurzeit werden zur Prognose des Griffigkeitsverhaltens von Asphaltbefestigungen vor allem das PWS nach Wehner-Schulze und das PGM nach Gauer miteinander verglichen und durch entsprechende Forschung weiterentwickelt. Die Geräte haben gemeinsam, dass eine vorbereitete Probe durch verkehrssimulierendes Abrollen oder Abpolieren in verschiedenen Stadien beansprucht wird. Die Griffigkeitsveränderung wird dann nach verschiedenen Stadien der Beanspruchung mittels eigens entwickelter Messeinrichtungen erfasst. Zur Prognose müssen dann Messungen an vergleichbarem Asphalt in der Praxis vorgenommen werden.
Von der TU München wird zu diesen Verfahren zurzeit ein Forschungsprojekt durchgeführt [4]. Bisher hat man herausgefunden, dass beide Geräte eine gute Wiederholbarkeit aufweisen, so dass eine weitere Beschäftigung mit den Verfahren aussichtsreich erscheint. In einer Vorstudie [5] hatte sich aber zusätzlich herausgestellt, dass man zwar eine Prognose erwarten kann, dass aber noch einige Fragen ungeklärt sind. So hat man herausgefunden, dass die Probenvorbehandlung einen wesentlichen Einfluss auf das Ergebnis hat, man muss somit zunächst herausfinden, wie sich eine bestimmte Vorbehandlung auf die Griffigkeitsentwicklung unterschiedlicher Asphaltvarianten auswirkt. Dann muss ermittelt werden, welche Vorbehandlung denn nun den Zustand der Deckschicht zu welchem Zeitpunkt repräsentiert. Kann man dann die Prüfung ausreichend genau und praxisgerecht beschreiben, sollen auch Korrelationen zwischen den beiden Prüfverfahren ermittelt werden. Sinnvoll ist es, die Versuchsdurchführung nach Abschluss der Arbeit in einer Arbeitsanleitung zu beschreiben. Hier ist also noch eine Fülle von Arbeit zu erledigen, man wird aber ohne diese Arbeit nicht weiterkommen.
4 Ermittlung des PSV
Die Ermittlung des „Polish Stone Value (PSV)“ ist nach über 40-jähriger Anwendung inzwischen zwar europäisch genormt, die Entwicklung ist aber noch immer nicht abgeschlossen. Ausführungsprobleme bei Herstellung der Probekörper und Durchführung der Prüfung sind durch die häufigere Anwendung in Deutschland inzwischen selten geworden. Die letzte Ringanalyse zum PSV im Jahr 2000 hat aber ergeben, dass trotz aller Bemühungen die Präzision des Verfahrens weiter verbesserungswürdig erscheint. Im Ergebnis konnte festgehalten werden, dass unter den in Deutschland üblichen Bedingungen für die bauvertragliche Verwendung eines Gesteins (Mittelwert aus 3 PSV) immer noch eine maximale Differenz von 3 Punkten zwischen 2 Prüfstellen möglich ist, ohne dass ein Fehler vermutet werden kann.
Im Laufe der letzten Jahre sind zunehmend starke Schwankungen und Probleme mit der Verfügbarkeit der vorgeschriebenen Betriebsmittel festzustellen. Daher kümmert sich der zuständige Arbeitskreis der FGSV in jüngster Zeit vor allem darum, den zurzeit noch vorgegebenen Korund und das Kontrollgestein durch geeignetere Materialien zu ersetzten. Außerdem möchte man auch für die verwendeten Polierräder zu einer konstanteren Lösung kommen. Insgesamt muss auch die Wareneingangskontrolle für die verschiedenen Prüfmittel verbessert werden, da man ansonsten den bisherigen Qualitätsschwankungen relativ schutzlos ausgeliefert bleibt. Damit die verschiedenen Prüfstellen durch häufigere Anwendung die notwendige Praxis behalten, sollte die Anzahl der Prüfstellen, die den PSV durchführen, weiterhin überschaubar bleiben. Diese Prüfstellen sollten sich zu einem regelmäßigen Erfahrungsaustausch treffen, um neuen Problemen möglichst frühzeitig begegnen zu können. Letztlich sollten auch weitere Verbesserungen am Poliergerät oder dem Messgerät nicht tabu sein.
Werden all diese Anregungen zeitnah umgesetzt, dürften weitere Verbesserungen in der Präzision möglich sein.
5 Gemeinsamkeiten aller Verfahren
Betrachtet man nun noch einmal alle hier kurz beschriebenen Verfahren im Zusammenhang, so zeigen sich einige Gemeinsamkeiten, die wie folgt genannt werden können: - Prüfverfahren für die Griffigkeit erfordern detailliertere Beschreibungen als sonst im Straßenwesen üblich - Der Geräte- und Personalaufwand übersteigt die gewohnte Höhe - Der Aufwand zur Prüfmittelüberwachung übersteigt die gewohnte Höhe - Es sind über die RAP Stra hinausgehende Qualifikationen erforderlich - Es ist ein intensiver Erfahrungsaustausch mit den Betreibern erforderlich, der das bei Prüfstellen übliche Maß übersteigt.
Trotz dieses erhöhten Aufwands der Betreiber erscheint die Präzision der Verfahren zwar knapp ausreichend, doch verbesserungswürdig. Den Ursachen für dieses Problem kann man versuchen, sich mit 3 Thesen zu nähern:
These 1
Das Messobjekt verändert sich
Ein wesentliches Problem bei Messungen auf Straßenoberflächen liegt in der Beobachtung, dass deren Griffigkeit ihr Niveau beständig ändert. Eine gewisse Änderung dieses Niveaus wird bereits durch die Messung bewirkt, daher ist auch eine Griffigkeitsmessung nicht in vollem Maß als zerstörungsfreie Prüfung anzusehen. Man weiß allerdings aus den bisherigen Forschungen und Erfahrungen, dass es nicht nur Faktoren gibt, die eine Verschlechterung der Griffigkeit bewirken, sondern auch solche, die eine Erhöhung bewirken können.
Aufrauende und polierende Wirkmechanismen stehen also in einem Gleichgewicht, das sich beständig ändert. Dementsprechend kompliziert sind verallgemeinernde Aussagen aufgrund von Griffigkeitsmessungen und Bezüge zwischen Griffigkeiten, die im Labor ermittelt werden und solchen, die in der Praxis festgestellt werden können.
These 2
Das Messobjekt ändert sich nicht linear
Bekannt ist beispielsweise, dass die Griffigkeit nach dem Winter ansteigt, es ist aber nicht genau bekannt, wodurch diese Erhöhung im Detail ausgelöst wird. Sicher ist aber, dass neben dem Einfluss der Bewitterung, ein Einfluss der Schmutzpartikelgröße auf der Straße besteht. Wenn man versucht, diesen Vorgang im Labor zu simulieren, erhält man einen Verlauf, der etwa im Bild 3 zu erkennen ist. Durch die abwechselnde Verwendung von Grob- und Feinkorn und bei Beanspruchung von Probekörpern aus der Prüfung des PSV konnte gezeigt werden, dass es gelingt, eine glattpolierte Oberfläche immer wieder auf das Ausgangsniveau zu heben (Bild 2).
Bild 2: Polierende Wirkung von Feinkorund, aufrauende Wirkung von Grobkorund am Beispiel der Messungen mit dem SRT auf Probeplatten aus Gestein zur Ermittlung des PSV
These 3
Das Prüfmittel ändert sich
Wie bereits bei These 1 beschrieben, bewirkt jede Griffigkeitsmessung eine gewisse Änderung des Messobjektes. Doch folgt daraus sicherlich auch, dass auch eine Änderung des Messsystems bewirkt wird. Für die Griffigkeit auf Straßen ist natürlich besonders die Gummireibung von Interesse. Gerade mit dem Prüfmittel Gummi sind ständige Veränderungen der Oberfläche aber auch der Stoffeigenschaften durch Beanspruchung und Alter unvermeidbar verbunden. Daneben sind bei Griffigkeitsmessungen auch Veränderungen im Messsystem durch Verschleiß der sonstigen Maschinenteile denkbar, der Einfluss auf die ermittelten Ergebnisse haben kann.
Betrachtet man diese Thesen nun insgesamt, so sind Schlussfolgerungen für die in der Diskussion stehenden Prüfmethoden relativ einfach zu treffen. Entweder man ist dem erreichten Niveau zufrieden und liefert sich damit sowohl vertraglich als auch straßenbetrieblich den damit verbundenen Unwägbarkeiten aus, oder man muss die hier genannten Einflüsse alle im einzelnen erforschen. Dies bedeutet, dass die Forschungsanstrengungen deutlich gesteigert werden müssen.
Literaturverzeichnis
- Bald, J. S.; Lutz, P.; Weidich, P.: Aktualisierung der Ermittlung von Vergleichs- und Wiederholstreubereichen von Griffigkeitsmesssystemen (SCRIM), Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Herausgegeben vom Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen, Heft 900, Bonn 2004
- Bald, J. S.; Weidich, P.: Ermittlung der Präzision des Messsystems „Schlupf-Mess-Anhänger“ SRMT (Slip Resistance Measuring Trailer) Forschungsauftrag FA 89.079 der Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach 2002
- Schulze, K.-H.: Griffigkeits- und Rauheitsmessungen auf Straßen mit dem Pendelgerät und dem Ausflussmesser – Neue Untersuchungen, Straße und Autobahn, Heft1/1973
- Wörner, T.: Bewertungshintergrund für Prüfverfahren zur Griffigkeitsprognose, Forschungsprojekt FA 7.204 des BMVBW (in Bearbeitung)
- Wörner, T.; Böhnisch, S.: Untersuchungen zur Qualifizierung von Geräten zur Prognose von Griffigkeitsmesswerten – Vorstudie – Forschungsprojekt 4/2002
|