Heft 26 - Optimierung der Berechnungs- verfahren standardisierter Oberbaukonstruktionen russischer Straßen für die Südregion Wolgograds

Jahr: 2017
Autor: Sergey Alexikov

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Planungs- und Aufbaumethoden von Oberbaukonstruk-tionen mit lokalen Baustoffen in der Region Wolgograd (Russland) optimiert. Dabei wurde eine Standardisierung der regionalspezifischen Bauweisen aus lokalen Baustoffen vorgenommen.
Nach alten, ungültigen russischen Baunormen erfolgte die Projektierung des Oberbaus mit der Auswahl standardisierter Bauweisen unter Berücksichtigung von Normenkriterien und örtlichen Gegebenheiten. Dabei wurden vor allem Wetterfaktoren, Baustoffe und Festigkeitseigenschaften von Materialien berücksichtigt. Unter Berücksichtigung der vorhande-nen Baustoffe und Klimabedingungen konnten die Bauweisen regionalspezifisch bestimmt werden. Anhand der gesammelten Erfahrungen im Straßenbau in der Bauregion Wolgograd und unter Verwendung lokaler Baustoffe wurden regionalbezogene Verzeichnisse mit standardisierten Bauweisen erstellt.
Im Vergleich zu alten Normen bietet die gültige Norm ODN 218.046−01 allgemeine Be-rechnungsmethoden unter Berücksichtigung der lokalen Baustoffe und Recycling-Materialien an. Die Verzeichnisse mit den standardisierten Bauweisen sind in der aktuellen Norm ODN 218.046−01 nicht mehr vorhanden. In der vorliegender Arbeit werden die Bauweisen unter Berücksichtigung der lokalen Baustoffe und Recycling-Materialien für die Region Wolgograd standardisiert. Es empfiehlt sich, die erstellten Verzeichnisse zur Berechnung von Oberbaukonstruktionen für die Südregionen Russlands, wo ähnliche Klimabedingungen herrschen, zu verwenden.
Im Fokus stehen dabei auch Untersuchungen von möglichen Kosteneinsparungen für den Aufbau des Oberbaus. Im Rahmen der Arbeit wird festgestellt, dass merkliche Einsparungen durch die Verwendung von lokalen Baustoffen, Recycling Materialien und verschiedenen Polymermaterialien in den Oberbaukonstruktionen erreicht werden können.
Die Ergebnisse im experimentellen Teil dieser Arbeit zeigen, dass sich die Tragfähigkeit des Untergrundes auf die gesamte Dicke des Oberbaus und dementsprechend auf die gesamten Baukosten maßgeblich auswirkt. In der vorliegenden Dissertation werden Methoden zur Erhöhung der Tragfähigkeit des Untergrundes untersucht und nachgewiesen. Es wird festgestellt, dass die Bodenart und der Bodenwassergehalt eine direkte Auswirkung auf die Tragfähigkeit des Untergrundes haben. Als Resultat wird ein neues Verfahren zur Berechnung des regionalbezogenen, maximalen Wassergehaltes im Untergrund für die Südregio-nen Russlands ausgearbeitet. Ein wesentlicher Fokus in der vorliegenden Dissertation ist die Untersuchung einer möglichen Verwendung von Kreide im Unterbau. Als Forschungsergebnisse wird u.a. nachgewiesen, dass dieses Baumaterial in Straßen der Bauklassen IV–V mit der Feuchtigkeitsklasse I verwendet werden kann.
Im Wesentlichen befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Ausarbeitung der Empfehlungen zur Projektierung und Berechnung der optimalen Oberbaukonstruktionen aus lokalen Baustoffen. Als Resultat wird die Aufteilung der Region Wolgograd anhand diverser Baubedingungen vorgenommen und grafisch dargestellt:
- Die Aufteilung der Region Wolgograd nach dem rechnerischen Bodenwassergehalt sowie
- nach der Verfügbarkeit lokaler Baustoffe und die grafische Darstellung der Lage von Steingruben und Einflusszonen auf Transportkosten.
Die grafische Darstellung der Lage von Steingruben und Einflusszonen unterstützt dabei die Bewertung über die Wirtschaftlichkeit logistischer Wege für Baumaterialien in den untersuchten Regionen.
Die in dieser Arbeit ausgearbeiteten Empfehlungen und Methoden können zu signifikanten Kostenreduktionen für den Aufbau der beschriebenen Oberbaukonstruktionen für Straßen mit niedriger Verkehrsdichte führen.


Abstract

The scope of this thesis contains the design optimization and the description of various construction methods for road superstructures consisting of local construction materials which are specific for the Volgograd region in Russia. Furthermore, this piece of study standardizes the discussed road superstructures consisting of local construction materials.
According to the old and invalid Russian construction standards and technical recommen-dations, the design of road superstructures was done with the selection of standardized road structures considering the specifications and conditions of the local construction areas. At the same time, weather conditions and the quality of the construction materials includ-ing their availability within the region were taken into account. Under the available conditions, road superstructures could be designed for the local areas, depending on the situation in the local construction. Based on the construction experience within the region, local catalogues of road superstructures consisting of local construction materials were created.
In comparison with the old norms, the valid norm ODN 218.046−01 includes only the rec-ommendations and methods for the design of roads considering local construction materials and the recycled products. This norm does not include the mentioned catalogues of road superstructures. In this work, catalogues of road superstructures consisting of local construction materials and recycled products are created for the Volgograd area. These catalogues are recommended for the use in road design for the regions with similar climate conditions.
The research in this thesis is focused on the investigation of ways for saving construction costs. This scientific study shows that savings in construction costs can be significantly achieved by using local construction materials, recycled products and different polymers in the road structure.
The results of the experimental part of this thesis showed, that the bearing capacity of the subbase significantly influences the thickness of the whole road superstructure and therefore the construction cost. At this presented research, the methods for the increasing bear-ing capacities of the subbase are investigated and proven. At the same time it is observed, that the soil type and moisture content directly influence the bearing capacity of the subbase. The result of this study is also the development of a new method for determination of the local maximal moisture content of the soil in the subbase and its bearing capacity for the southern regions of Russia.
One of the tasks of the thesis is the investigation of the possible application of chalk as a construction material in the subbase. The research proves the possibility of chalk being used as a supplement in road superstructures for the road categories IV−V and the humidity Class I.
Primarily this thesis comprises the development of recommendations for the design and the calculation of the optimal road superstructures consisting of local construction materials. As a result, the region Volgograd is subdivided into areas according to the following construction conditions which are graphically presented:
- The moisture content in soil
- The availability of local construction materials including the graphic presentation of the location of gravel and stone pits and also the zones of influence with impact on the transport costs.
It is possible to analyze the economic efficiency of the logistical delivery ways of construction materials in certain regions which can be derived from the mentioned graphs that indicate the location of stone pits and zones of influence. It is possible to analyze the economic efficiency concerning the delivery of construction materials in certain regions.
The recommendations and methods, developed in this thesis can considerably reduce construction costs for the described superstructures for roads with low traffic density.