Der Arbeitskreis 8.3.3 der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) beschäftigt sich mit Verkehrsflächen in Betonbauweise, welche nicht ausreichend in den bisherigen Regelwerken aufgenommen sind. Bisher sind dazu die beiden ersten Teile des M VaB veröffentlicht, welche sich im Teil 1 mit Kreisverkehren, Busverkehrsflächen und Rastanlagen beschäftigte und sich im Teil 2 den Stadt- und Landstraßen sowie plangleichen Knotenpunkten widmete. Im Teil 3 hat man sich nun in neuer Zusammensetzung den Container- und Logistikstellflächen angenommen. Hochbelastete Industrieflächen, wie beispielsweise Containerterminals, werden hauptsächlich in Betondeckenbauweise ausgeführt. Die Konstruktion dieser Betondecken benötigt eine spezifische Dimensionierung. Um die Container von der Schiene auf die Straße, oder umgekehrt, zu verladen, kommen Portalkräne oder schwere Greifstapler (Reach Stacker) zum Einsatz. Diese Reach Stacker können Achslasten von über 120 Tonnen aufweisen, welche über vier Räder auf die Betonoberfläche übertragen werden und daher zu hohen Pressungen im Bereich der Kontaktflächen führen. Die Container werden auf den Abstellbereichen nahe aneinandergestellt, wobei teilweise bis zu vier Containerecken direkt aneinanderstoßen. Selbst im vollbeladenen Zustand werden die Container zwei-, drei- oder sogar vierfach gestapelt. Durch horizontale Windlasten erfolgt eine indirekte Erhöhung der Vertikallasten an den Containerecken. Die Kombination aus der Anordnung der Abstellung und den Windlasten rufen hohe Belastungen an den Stützpunkten der Container hervor. Darüber hinaus muss die Betonoberfläche spezielle Anforderungen erfüllen. Da die Container aufeinandergestapelt werden, liegt die maximal zulässige Querneigung der Oberfläche bei 0,5 %. Außerdem können Schubbeanspruchungen, durch verschieben der Container in horizontaler Richtung, erzeugt werden, welche in Hinblick auf die Dauerhaftigkeit der Betonoberfläche, insbesondere im Fugenbereich, kritisch sein können. Dementsprechend sollten hochbelastete Containerterminals in Betonbauweise, grundsätzlich mit der von Flugplätzen (Vorfeldern) vergleichbar, konstruiert/konzipiert werden. Der AK 8.3.3 mit Experten des Betonstraßenbaus sowie aus dem Bereich Eisenbahninfrastruktur erarbeiteten einen Teil 3 des Merkblattes M VaB für die Konstruktion derartiger hochbelasteter Flächen. Dieses Merkblatt beinhaltet die Dimensionierung der Betondecke bei definierten Standardbelastungssituationen sowie entsprechende Konstruktionsmethoden. Es soll noch im Jahr 2018 veröffentlicht werden. Betonstraßen, Containerterminals, Hohe Achslasten, Kombinierter Verkehr, Dimensionierung

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Einleitung

Durch die Effekte der Globalisierung steigt die Nachfrage nach schneller, effizienter Logistik. Vor diesem Hintergrund steigt ebenso die Nachfrage nach effizienten Container- und Logistikflächen auf welchen Waren und Güter umgeschlagen werden können.

Container- und Logistikflächen sollen hochbelastbar, effizient, zuverlässig, dauerhaft und leistungsfähig sein. Diese Flächen werden im Regelfall für eine Nutzungsdauer von 30 Jahren ausgelegt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, erarbeitete der Arbeitskreis 8.3.3 der FGSV (Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen) im Rahmen der Arbeitsgruppe Betonbauweisen das „Merkblatt für Planung, Konstruktion und Bau von Verkehrsflächen aus Beton“ (M VaB), Teil 3 „Container- und Logistikflächen“. In den Teilen 1 und 2 des M VaB wurden bereits die Themen Kreisverkehre, Busverkehrsflächen und Rastanlagen (Teil 1) und Stadt- und Landstraßen sowie plangleiche Knotenpunkte (Teil 2) erarbeitet.

Inhaltlich entsprechen die nachfolgenden Ausführungen den Grundsätzen des im Oktober 2018 erschienenen Teil 3 des M VaB (FGSV, 2018). Diese Flächen sind aus Gründen ihrer Nutzung hochbelastete Konstruktionen, welche Besonderheiten erfordern, die bei der Planung sowie beim Bau berücksichtigt werden müssen.

Verkehrsflächen aus Beton sind hoch belastbar, verformungsstabil und langlebig. Es sind nur geringe bauliche Erhaltungsmaßnahmen innerhalb der Nutzungsdauer erforderlich, auch bei einer dauerhaft hohen Belastung. Vor diesem Hintergrund werden Flächen, die mit hohen statischen und dynamischen Lasten beansprucht werden, mit einem Oberbau in Betonbauweise ausgeführt.

2 Besonderheiten bei Container- und Logistikflächen

Die Besonderheiten bei den angesprochenen Flächen sind nachfolgend ausgeführt:

– Hohe statische und dynamische Lasten aus Containerabstellung und mobilen Umschlaggeräten,

– Zwangspunkte im Übergangsbereich zwischen Umschlaggleis und Kranbahnschiene sowie der Ladespur und daraus resultierende Anforderungen an das Längsgefälle der Flächen,

– Ausbildung der letzte Platte im Übergangsbereich (Portalkrangleise, Zuggleise),

– Betriebliche Nutzung und daraus resultierende Anforderungen an die Querneigung der Flächen,

– Einfluss der Containerpositionierung, bezogen auf die dimensionierungsrelevante Plattengeometrie,

– Besondere Anforderungen an den Oberbau hinsichtlich Schichtaufbau und Fugenplan.

Die Container- und Logistikflächen bei einem intermodalen Verkehrskonzept weisen unterschiedliche Nutzungsbereiche auf, die Abstellfläche und die Ladestraße, und haben somit auch unterschiedliche Belastungsansätze.

Auf den Abstellflächen werden die Container meist kurzfristig abgestellt. In diesem Bereich bewegen sich gegebenenfalls auch mobile Umschlaggeräte, welche die Container vom Güterzug oder vom Lkw auf der Abstellfläche ablegen. Die Abstellflächen für Container müssen den hohen Lasten aus der Containerabstellung standhalten, wobei die Container in den meisten Fällen sogar mehrfach übereinandergestapelt werden.

Die Ladestraße wird aufgeteilt in die Bereiche Fahrspur und Ladespur (Bild 1). Die Ladespur grenzt an den Gleisbereich und die Fahrspur wird von den Lkw befahren, um die Container umzuschlagen. Die Ladestraße wird von den Lkw sowie unter Umständen den mobilen Umschlaggeräten befahren. Eine Containerabstellung ist in diesen Bereichen nicht vorgesehen.

Bild 1: Ladestraße

3 Entwässerung

Der Entwässerung kommt auf diesen Flächen eine besondere Bedeutung zu. Aufgrund der Flächengröße muss die Querneigung so gewählt werden, dass ein sicherer Abfluss des Oberflächenwassers sichergestellt ist. Gleichzeitig muss ein müheloses Aufnehmen der Ladeeinheiten mit den Greifzagen des Krans oder der mobilen Umschlagsgeräte möglich sein. Die Oberflächenentwässerung der Fahrspuren könnte nach ZTV-StB und den „Richtlinien für die Anlagen von Straßen, Teil Entwässerung“ (RAS-Ew) gestaltet werden. Im Bereich der Ladespur und der Abstellflächen darf jedoch eine Querneigung von 0,5 % nicht überschritten werden, damit die Greifzangen die Ladeeinheiten noch gefahrlos fassen können.

Damit die gesamte Breite der Ladestraße in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann, soll die Querneigung der Ladestraße einheitlich 0,5 % betragen. Bei einem Einsatz von neigungsjustierbaren Spreadern können gegebenenfalls höhere Querneigungen angelegt werden.

Handelt es sich bei den herzustellenden Flächen um Flächen von Umschlaganlagen des intermodalen Verkehrs auf denen wassergefährdende Stoffe in Ladeeinheiten oder Straßenfahrzeugen umgeladen werden, sind diese Flächen gemäß den Anforderungen der Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV) so herzustellen, dass Niederschlagswasser auf der Unterseite nicht austritt (vgl. §§ 29 AwSV ff.).

Um die Dichtigkeit nach AwSV zu erfüllen gibt es die folgenden Anforderungen:

– Verwendung eines Straßenbetons nach TL Beton-StB,

– Berücksichtigung eines Aufbaus unter Zugrundelegung einer Dimensionierung (siehe Abschnitt Dimensionierung) nach Zustand I (ungerissener Beton),

– Fugenspalt auf planmäßig 20 mm Breite zu vergrößern,

– Verstärkte optische Kontrolle (Sichtprüfung), Beseitigung von Beschädigungen.

4 Dimensionierung

Container- und Logistikflächen werden mit hohen Lasten beansprucht. Hierfür sind besondere Schichtaufbauten erforderlich, die nicht mehr mit bestehenden Straßenaufbauten abgebildet werden können. Es zeigt sich, dass ein Aufbau nach RStO – „Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen“ nicht zielführend ist, da die Belastungen auf diesen Flächen abweichend von den Lastansätzen der RStO sind. Das zeigen auch die Schadensbilder, die bereits nach wenigen Jahren nach Inbetriebnahme konventionell hergestellten Flächen auftreten.

Da die Lasten nicht mit der standardisierten Belastung aus dem Straßenverkehr vergleichbar sind, muss ein neuer Dimensionierungsansatz gewählt werden. Deswegen wurden im Rahmen des M VaB, Teil 3 für verschiedene Lastkategorien Dimensionierungen durchgeführt.

Die Belastungen, die bei Container- und Logistikflächen auftreten, sind einerseits dynamische Belastungen aus der Befahrung der Fläche durch Lkw (Transport der Container) und mobile Umschlaggeräte (Umschlagen der Container) wie beispielsweise Reachstacker (Bild 2). Diese können Achsfahrmassen von mehr als 120 t auf der zwillingsbereiften Vorderachse aufweisen.

Bild 2: Reachstacker beim Umschlag eines Containers

Andererseits resultiert eine ebenso relevante Belastung aus der Containerabstellung. Dort treten sehr hohe statische Lasten mit hohen Kontaktdrücken auf. Hauptsächlich kommen 20´ und 40´ Standard Container zum Einsatz. Ein leerer Container wiegt etwa 4 Tonnen. Für einen voll beladenen Container wurde in der durchgeführten Dimensionierung eine maximale Last von 33 t/Container rechnerisch in Ansatz gebracht. Auf Logistikflächen werden voll beladene Container unter Umständen bis zu drei- oder vierfach übereinandergestapelt. In den Leercontainerdepots können Container noch höher übereinandergestapelt werden (Bild 3).

Die Dimensionierung ist im Regelfall auf eine 30-jährige Nutzungsdauer ausgelegt, ohne dass Verformungen der Deckschicht, Risse oder Fugenabplatzungen auftreten.

Bild 3: Leercontainerdepot

Die Betondecken für Verkehrsflächen werden standardmäßig unbewehrt mit Fugen ausge führt.

Die Container, die auf den Abstellflächen gelagert werden, sind teilweise sehr eng aneinander aufgestellt (Bilder 4 und 5). Das heißt, dass auf einer kleinen Fläche bis zu vier Containerecken mit hohen Kontaktdrücken auf den Oberbau wirken, der diese schadenfrei aufnehmen muss. Jede der vier Containerecken (Eckbeschläge) hat eine Aufstandsfläche von etwa 16 cm x 18 cm. Da die Aufstandsfläche sehr klein ist, kann beim Ansatz der Dimensionierung von einer Punktlast ausgegangen werden.

Bild 4: Containerecken

Bild 5: Abstellung der Container

Zusätzlich zu dieser Last der Containerbeladung darf die Belastung aus Wind auf die Container nicht vernachlässigt werden. Durch den horizontal angreifenden Wind auf die Containerseitenflächen wird die vertikale Last erhöht, welche über die Containerecken auf den Oberbau einwirkt. Für die Berücksichtigung der Windzonen wurde auf die DIN 1055 Anhang 4 zurückgegriffen (Bild 6). Für die Berechnungen wurde die Windzone 2 berücksichtigt. Falls Flächen in einer höheren Windzone geplant sind, muss eine gesonderte Dimensionierung durchgeführt werden.

Bild 6: Windzonen (DIN 1055 Anhang 4)

Für die Containerstellflächen ist der dimensionierungsrelevante Lastpunkt (Bild 7) für die Containerabstellung in einer Reihe oder in mehreren Reihen zu berücksichtigen.

Bild 7: Draufsicht einer ein- und mehrreihigen Containeranordnung mit dimensionierungsrelevantem Lastpunkt

Decken für Container- und Logistikflächen sollen einem Aufbau gemäß Bild 8 entsprechen. Die im Folgendem dargestellten Varianten für Aufbauten für den Oberbau sind technisch gleichwertig.

Eine Vliesstoffzwischenschicht zwischen Betondecke und Tragschicht mit Hydraulischem Bindemittel ist nicht vorgesehen.

Die Dicke der Betondecke ist von den Belastungen auf der Fläche abhängig. Daher gilt es zunächst die Lastkategorie für die beiden Belastungsfälle festzustellen.

Für den Aufbau der Fahrbahndecke wird überprüft, ob die Lasten durch die Containerabstellung maßgeblich sind oder die Belastungen aus den Lkw bzw. den mobilen Umschlaggeräten.

Bild 8: Schichtaufbau

Tabelle 1: Ermittlung der Lastkategorie für Belastung aus mobilem Umschlaggerät/Lkw

Tabelle 2: Ermittlung der Lastkategorie für Belastung aus Containerabstellung

Aus den Lastkategorien gemäß Tabelle 1 und/oder Tabelle 2 sind die erforderlichen Betondeckendicken nach Tabelle 3 zu wählen.

Für Flächen, die durch beide Belastungen in Anspruch genommen werden, ist die jeweils höhere Lastkategorie maßgebend.

Tabelle 3: Erforderliche Betondickendecke in Abhängigkeit der Lastkategorie

Für die Dimensionierung wurden Plattenabmessungen von 5 m x 5 m angesetzt. Je kleiner die Plattenabmessungen sind, desto geringer ist grundsätzlich die erforderliche Betondeckendicke.

Das Gewicht des Spreaders wurde ebenso bei der Abstellung von Containern berücksichtigt.

Bei der Oberflächentexturierung wird ein Besenstrich empfohlen. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass der Besenstrich nicht zu tief ausgeführt wird, damit sich der Verschleiß der gummibereiften mobilen Umschlaggeräte in Grenzen hält. Kleine Radien mit großen Lenkbewegungen bei rauer Oberfläche erzeugen einen erhöhten Reifenabrieb. Die Intensität des Besenstrichs sollte vorab zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer abgestimmt werden.

5 Fugen

Grundlage der Planung einer Verkehrsfläche aus Beton ist die sorgfältige Erstellung eines Fugenplans. Anforderungen an betriebliche Belange hinsichtlich Flächennutzung und Abstellung der Ladeeinheiten sind vom Auftraggeber zu benennen.

Es empfiehlt sich, durch Markierungen die Abstellpositionen der Container so festzulegen, dass die Containerecken die Fugenbereiche nicht oberflächlich schädigen. Durch die Aufbringung von Markierungen kann in der Praxis der Bereich der Containerabstellung definiert und somit sichergestellt werden, dass die Containerecken nicht zu nahe an den Fugen abgestellt werden (Bild 9). Ein Ziehen der Container über die Fugen führt zu Schäden an den Fugen, was zu vermeiden ist.

Der Lastfall „freier Plattenrand“ soll vermieden werden, indem die Container mit einem Min- destabstand vom freien Plattenrand von 1 m abgestellt werden.

Der Fugenplan sollte alle relevanten Details wie Bewehrung, Abläufe, Schächte, Schieber aufzeigen. Zusätzlich sollte eine Darstellung des Fugenbildes und der Containeraufstellung vorgezeigt werden.

Bild 9: Ungünstige Abstellung der Container unmittelbar an einer Fuge

6 Übergangsbereiche

Um den Lastfall „freier Plattenrand“ zu entschärfen soll in Übergangsbereichen zwischen der Betondecke und den angrenzenden Bereichen wie beispielsweise Ladegleise, Aus- und Einfahrbereiche die letzte Platte um die Dicke der gebundenen Tragschicht verstärkt werden (Bild 10).

Bild 10: Verstärkte Betonplatte im Übergangsbereich an das Ladegleis

7 Einbau

Es wird grundsätzlich zwischen einem maschinellen Einbau und dem Handeinbau unterschieden. Nach Möglichkeit ist dem maschinellen Einbau der Vorzug zu geben. Lediglich Kleinflächen oder Flächen mit ungleichmäßiger und oder schwieriger Geometrie sollten im Handeinbau ausgeführt werden. Moderne Gleitschalungsfertiger können Dicken aus Beton von bis zu 60 cm auf einer Breite von 15 m und mehr in einem Arbeitsgang herstellen.

8 Fazit

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die bisherigen Regelwerke für Container- und Logistikflächen keine Anwendung finden, da die Belastungen auf diesen Flächen zu sehr vom regulären und bisher standardisierten Betonstraßenbau abweichen. Vor allem die statischen Belastungen aus oft mehrfach übereinander gestapelten Containern führen zu einem besonderen Aufbau des Oberbaus. Dabei wird die maßgebende Last entweder aus der Befahrung der mobilen Umschlaggeräte oder der Containerabstellung für die Dimensionierung entscheidend. Durch die Abstimmung des Fugenplans und einer Markierung zur Abstellung der Container kann der Lastfall „freier Plattenrand“ vermieden werden.

Literaturverzeichnis

DIN EN 1991-1-4/NA, Anhang NA.A (1991): Einwirkungen auf Tragwerke – Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen – Windlasten

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (2018): Merkblatt für Planung, Konstruktion und Bau von Verkehrsflächen aus Beton, Teil 3: Container- und Logistikflächen (M VaB), Köln FGSV 821/3