Anwendungsbereich
Dieser Planungsleitfaden behandelt ausschließlich die Anwendungsmöglichkeiten von Plattenbelägen aus Beton für Verkehrsflächen, die selten oder gelegentlich von Kraftfahrzeugen – auch von solchen des Schwerverkehrs – befahren werden. Hierbei steht die Festlegung der Mindestdicke der Platten in Abhängigkeit verschiedener Randbedingungen im Vordergrund.
Verkehrsflächen, die selten oder gelegentlich befahren werden, sind z. B. dem Fußgängerverkehr vorbehaltene Flächen und Wege mit repräsentativem Charakter wie Uferpromenaden, Vorplätze, Aufenthalts-, Einkaufsund Flanierareale ohne Anlieferungs- und Durchgangsverkehr, Wege in Parks und Grünanlagen sowie Flächen im privaten Wohnumfeld, Schulhöfe, verkehrsberuhigte Bereiche mit Aufenthalts- und Erschließungsfunktion, die dem Fußgängerverkehr vorbehalten sind, Rad- und Gehwege mit Ausnahme von deren Überfahrten.
Nicht Gegenstand dieses Leitfadens sind Plattenbeläge für regelmäßig oder häufig befahrene Verkehrsflächen sowie Hinweise zur Ausführung von Plattenbelägen. Hierzu wird auf das „Merkblatt für die Planung und Ausführung von Verkehrsflächen mit großformatigen Pflastersteinen und Platten aus Beton" des Herausgebers verwiesen.
Dieser Planungsleitfaden dient insbesondere dem Planer als unterstützendes Hilfsmittel zur richtigen Dimensionierung von Platten aus Beton für selten oder gelegentlich befahrene Verkehrsflächen. Die hier enthaltenen Angaben wurden nach bestem Wissen und mit größtmöglicher Sorgfalt zusammengestellt; sie befreien den Anwender jedoch nicht von der Verantwortung für das eigene Handeln. Inhaltliche Fehler in diesem Leitfaden können nicht vollständig ausgeschlossen werden. Eine Haftung für etwaige inhaltliche Unrichtigkeiten kann daher nicht übernommen werden.
Einleitung
In den letzten eineinhalb bis zwei Jahrzehnten gab es erhebliche Veränderungen hinsichtlich der Anwendung von Platten aus Beton für Verkehrsflächenbefestigungen. Waren es früher fast ausschließlich funktional geprägte Anwendungen, z. B. Gehwegbefestigungen, so kommen Platten in den letzten Jahren mehr und mehr auch im repräsentativen Umfeld zum Einsatz, und zwar auch dort, wo Kraftfahrzeugverkehr stattfindet. Im Wesentlichen ist diese Entwicklung auf die veränderten Gestaltungswünsche von Architekten und Freiflächenplanern zurückzuführen. Auch auf Seiten der Produktionstechnik von Platten hat sich in der Vergangenheit viel getan. Die Betonsteinindustrie konnte mit den Wünschen und Vorgaben der Flächengestalter mithalten; das Regelwerk hingegen hinkt derzeit hinterher. Die „Platte aus Beton von heute" hat mit der guten, alten Gehwegplatte nichts mehr zu tun. Daher ist es an der Zeit, dem planenden Architekten oder Ingenieur Empfehlungen an die Hand zu geben, die den heutigen Gegebenheiten und Markterfordernissen angepasst sind.
Dieser Planungsleitfaden soll darüber hinaus in den einschlägigen Expertenkreisen eine Diskussion darüber in Gang setzen, wie mit Plattenbelägen zukünftig in den technischen Straßenbauregeln umzugehen ist. Für konstruktive Anregungen jeglicher Art zu diesem Planungsleitfaden wäre der Herausgeber daher dankbar.
Historie
Wenngleich nicht mehr ganz genau nachzuvollziehen ist, wann die Aufnahme der eingangs beschriebenen Empfehlung in das Regelwerk erstmals diskutiert wurde, so ist die Frage nach dem „Warum?" ziemlich schnell beantwortet. Zahlreiche Schäden, wie sie in der nachfolgenden Abbildung beispielhaft gezeigt sind, haben in allererster Linie dazu geführt. Die Ursache der Schäden ist einfach zu ermitteln: „Zu dünne" Platten versagen (brechen) unter statischer oder dynamischer Beanspruchung, sprich infolge Kraftfahrzeug-Beanspruchung.
Ein anderes Schadensbild, welches bei fehlerhaft konzipierten befahrenen Plattenbelägen häufig zu beobachten ist, sind horizontale Verschiebungen der ansonsten unbeschädigten Platten (Abb. 2). Diese treten infolge hoher und/oder häufig wiederkehrender Brems- und Beschleunigungskräfte aus dem Kraftfahrzeugverkehr auf. Wegen des bei Platten vergleichsweise ungünstigen Verhältnisses von Grundrissabmessungen zu Dicke und wegen des vergleichsweise geringen Fugenanteils von Plattenbelägen sind sie per se nicht so gut für die Aufnahme von Horizontalkräften geeignet wie Pflasterdecken. Zum Vergleich: Ein typischer Rechteck-Pflasterstein 100 × 200 × 80 mm (Raster) hat ein Verhältnis von Länge zu Dicke von etwa 1:2,5 und einen Fugenanteil von rd. 6 %. Eine Platte 600 × 300 mm (Raster) und mit gleicher Dicke hat ein Verhältnis von Länge zu Dicke von etwa 1:7,5 und einen Fugenanteil von rd. 2 %. Der geringe Fugenanteil des Plattenbelages reicht im Allgemeinen nicht aus, um hohe Schubbeanspruchungen ohne Verschiebungen der Platten aufnehmen zu können.
Bereits im FGSV-Merkblatt für Flächenbefestigungen mit Pflaster und Plattenbelägen von 1983 hieß es:
„Mit Kraftfahrzeugen befahrene Flächen sollen nicht mit Platten befestigt werden." Davor hatte man sich innerhalb der FGSV praktisch nicht mit der Regelung von Plattenbelägen beschäftigt. So oder so ähnlich zieht sich die vorgenannte Empfehlung bis heute durch die einschlägigen FGSV-Regeln (Merkblatt, ZTV Pflaster-StB). Interessanterweise fand eine entsprechende Empfehlung oder gar Anforderung zu keinem Zeitpunkt den Weg in die ATV DIN 18318. Im Gegenteil, durch den im Geltungsbereich der DIN 18318 formulierten Anspruch („... gilt für das Befestigen von Straßen, Wegen, Plätzen, Höfen, Terrassen und dergleichen [...] mit Pflastersteinen und Platten") bei gleichzeitiger Inbezugnahme der relevanten Baustoffnormen, u. a. DIN EN 1339, die ihrerseits wiederum keine Einschränkung bei den Verkehrsflächenbefestigungen vorsieht, muss man geradezu schließen, dass Platten auch für befahrene Verkehrsflächen uneingeschränkt eingesetzt werden können. Dies hätte man auch zu Zeiten der Gültigkeit der DIN 485 (vor 2006) und als der Geltungsbereich der DIN 18318 noch etwas anders formuliert war, nicht anders herauslesen können.
Historisch betrachtet hat uns die aus heutiger Sicht anzuzweifelnde Regelwerk-Empfehlung die gute, alte Gehwegplatte nach DIN 485 eingebracht. Nicht ohne Grund hieß dieses Produkt im Rahmen der Normung „Gehwegplatte" oder davor auch „Bürgersteigplatte"; übrigens in Deutschland erstmalig bereits im Jahre 1920 genormt. Abgelöst – natürlich nur im Rahmen der Normung – wurden die „Gehwegplatten aus Beton" erst 2005 durch die „Platten aus Beton" nach DIN EN 1339.
Die klassischen Gehweg- oder Bürgersteigplatten waren hinsichtlich ihrer Anforderungen an Abmessungen und Festigkeit nicht dafür ausgelegt, für von Kraftfahrzeugen befahrene Verkehrsflächen eingesetzt zu werden. Somit führten schließlich fehlerhafte Anwendungen und/oder falsche Nutzung in der 1980iger Jahren – insbesondere nach 1987, als auch noch die Normanforderungen an bestimmte Bruchlasten für die Platten abgeschafft worden sind – zu zahlreichen Schäden an Gehweg-Plattenbelägen. Diese müssen derart gravierend gewesen sein, dass sich die seinerzeit für die Regelwerkerarbeitung zuständigen Fachleute innerhalb der FGSV zu den bereits zitierten Empfehlungen „genötigt sahen".
Dass diese Empfehlungen heute – fast 30 Jahre später – noch immer unverändert so im Regelwerk zu finden sind und auf „nicht vorhandene Erfahrungen" abgestellt wird, ist bemerkenswert. Denn zwischenzeitlich zeigen viele zehntausend Quadratmeter befahrbare Plattenbeläge aus Beton, dass diese Bauweise funktioniert. Dies ist offenbar darauf zurückzuführen, dass man auf allen Seiten aus den Fehlern der Vergangenheit gelernt und funktionsfähige Bauweisen entwickelt hat. Beispielhaft sei hier auf eine vergleichsweise junge Bauweise, nämlich auf die Verwendung von Großformatplatten für Verkehrsflächen mit hohem Schwerverkehrsanteil, hingewiesen.
Begriffe
Zusätzlich zu den Begriffen aus den einschlägigen Regeln des Straßenbaues gelten:
Seltenes Befahren mit Fahrzeugen
Anzahl der Lastwechsel infolge Kfz-Verkehr (Überrollungen durch Radlasten bis maximal 5 t): Weniger als rd. 2.000 innerhalb der geplanten bzw. angestrebten Nutzungsdauer.
Gelegentliches Befahren mit Fahrzeugen
Anzahl der Lastwechsel infolge Kfz-Verkehr (Überrollungen durch Radlasten bis maximal 5 t): Rd. 2.000 bis rd. 32.000 innerhalb der geplanten bzw. angestrebten Nutzungsdauer.
Regelmäßiges oder häufiges Befahren mit Fahrzeugen
Anzahl der Lastwechsel infolge Kfz-Verkehr (Überrollungen durch Radlasten bis maximal 5 t): Über rd. 32.000 innerhalb der geplanten bzw. angestrebten Nutzungsdauer.
Planungshinweise
Allgemeines
Plattenbeläge sind geeignet, um damit von Kraftfahrzeugen genutzte Flächen funktional und dauerhaft befestigen zu können. Dies zeigen zahlreiche ausgeführte Objekte in allen Regionen Deutschlands. Hierbei sind eine sorgfältige Planung einschließlich der Festlegung der richtigen Plattendicke sowie eine professionelle Ausführung unter Verwendung geeigneter Baustoffe einerseits die Garanten für ein erfolgreiches Bauwerk, andererseits aber auch die unabdingbaren Voraussetzungen. Zu den Empfehlungen und Anforderungen an die Ausführung sowie zur Auswahl geeigneter Baustoffe wird auf das „Merkblatt für die Planung und Ausführung von Verkehrsflächen mit großformatigen Pflastersteinen und Platten aus Beton" verwiesen.
Die nachfolgenden Empfehlungen gelten für Plattenbeläge aus Beton für Verkehrsflächen, die selten oder gelegentlich von Kraftfahrzeugen befahren werden. Die entsprechende Oberbaukonstruktion sollte der Belastungsklasse Bk0,3 gemäß den RStO entsprechen. Das heißt u. a., dass auf der Oberkante der oberen ungebundenen Tragschicht eine Tragfähigkeit von Ev2 ≥ 120 MN/m² erreicht werden sollte.
Plattenbeläge für regelmäßig oder häufig befahrene Verkehrsflächen erfordern höhere Anforderungen an die Tragfähigkeit und Steifigkeit der Tragschichten und werden daher in diesem Planungsleitfaden nicht behandelt. Hierzu wird auf das „Merkblatt für die Planung und Ausführung von Verkehrsflächen mit großformatigen Pflastersteinen und Platten aus Beton" verwiesen.
Technische Regeln
Die Beachtung und Umsetzung der Grundsätze der einschlägigen Technischen Regeln sind für die Herstellung von Plattenbelägen für befahrene Verkehrsflächen obligatorisch. Abb. 3 zeigt, worauf zu achten ist.
Einflüsse auf die Dickenfestung von Platten aus Beton
Für die Dickenfestlegung, d. h. für die Bemessung der Platten aus Beton müssen eine Reihe von Parametern beachtet werden.
Abmessungen der Platte
Die Abmessungen der hier betrachteten Platten betrifft die Rastermaße von 400 × 400 mm bis 1000 × 1000 mm. Für die sich daraus ergebenden Nennmaße der Platten sind die im Regelwerk vorgeschriebenen Fugenbreiten zu berücksichtigen. Damit sind die marktüblichen Plattengrößen weitgehend erfasst. Sollen Platten mit anderen Abmessungen bzw. für andere Rastermaße für die Befestigung von Verkehrsflächen verwendet werden, sind diese und ggf. der gesamte Oberbau einer gesonderten Betrachtung und entsprechenden Berechnungen zu unterziehen. Dies gilt im Übrigen auch für Platten, die eine vom Rechteck abweichende Form haben, z. B. Platten mit Rauten- oder Sechseckform.
Seitenverhältnis Länge zu Breite der Platte
Das Seitenverhältnis der hier betrachteten Platten reicht von 1:1 bis 1:0,4 in Abstufungen von 0,2. Bei noch „schlankeren" Formen als 1:0,4 geht das „Plattenformat" in ein „Balkenformat" über. Letztere sollten aufgrund ihrer extremen „Schlankheit" nur dann für befahrene Verkehrsflächen eingesetzt werden, wenn – bei vergleichbarer Verkehrsbelastung – auf positive Erfahrungen zurück gegriffen werden kann.
Materialfestigkeit (Biegezugfestigkeit) der Platte
In der DIN EN 1339 sind für Platten aus Beton drei unterschiedliche Klassen für die Biegezugfestigkeit geregelt. Für Platten für befahrbare Verkehrsflächen sollte immer die Klasse 3 (Kennzeichnung „U"), also die höchste Klasse, gewählt werden. Diese Materialfestigkeit entspricht etwa der der früheren „DIN 485-Qualität". Für die Annahme der Biegezugfestigkeit in diesem Planungsleitfaden wurde daher die Klasse 3 mit einer charakteristischen Biegezugfestigkeit ≥ 5,0 MPa (entspricht ≥ 5,0 N/mm²) und einer Mindestbiegezugfestigkeit ≥ 4,0 MPa (entspricht ≥ 4,0 N/mm²) zugrunde gelegt.
Wichtig: Hinter dem in der Norm verwendeten Begriff „charakteristische Biegezugfestigkeit" verbirgt sich das sogenannte 5 %-Quantil, eine Kennzahl aus der Statistik. Für Platten aus Beton nach Biegezugfestigkeitsklasse 3 bedeutet dies: Mit einer 95 %igen Aussagewahrscheinlichkeit müssen 95 % der Platten einer Messreihe eine Biegezugfestigkeit von mindestens 5,0 MPa aufweisen und der kleinste Wert der Messreihe muss mindestens 4,0 MPa betragen. Der arithmetische Mittelwert einer Messreihe, welche die vorbeschriebenen Bedingungen erfüllt, liegt in der Regel deutlich über 5,0 MPa. Verantwortlich dafür ist die unvermeidbare Streuung der Einzelwerte der Messreihe.
Eine höhere charakteristische Biegezugfestigkeit als nach Klasse 3 der DIN EN 1339, z. B. ≥ 6,0 MPa, kann in Sonderfällen dafür genutzt werden, eine höhere Bruchsicherheit der Platten bei gleichbleibender Nenndicke zu erreichen. Ein höherer Widerstand der Platten gegen Verschieben infolge von Horizontalbeanspruchungen ergibt sich daraus im Allgemeinen aber nicht. Zudem ist in einem solchen Sonderfall durch eine unmissverständliche Leistungsbeschreibung und entsprechenden Kontrollen sicherzustellen, dass die Materialfestigkeit, die der Dimensionierung zugrunde gelegt wurde, von den für das Objekt vorgesehenen Platten erreicht wird.
Häufigkeit des Befahrens des Plattenbelages und Höhe der Radlast
Mit steigender Anzahl der Überrollungen einer Platte während der Nutzungsdauer der Flächenbefestigung nimmt deren sogenannte Dauerfestigkeit ab. Die ständig wiederkehrenden Lastwechsel führen quasi zu einer Materialermüdung, wie dies prinzipiell bei allen dauerbelasteten Stoffen der Fall ist. Dies vollzieht sich unabhängig von der Höhe der Last, die durch einen einzelnen Lastwechsel ausgeübt wird, d. h. es gilt sowohl für die Nutzung durch schwere Fahrzeuge als auch für eine solche durch leichtere Fahrzeuge.
Die Höhe der Radlast hingegen hat einen unmittelbaren Einfluss auf die Materialspannung, die in der Platte durch das rollende oder auch stehende Rad entsteht. Je größer die Radlast, desto höher die Materialspannung. Um die wichtigsten Einsatzbereiche für die hier behandelten Plattenbeläge abdecken zu können, wird nach den Beanspruchungen „Seltenes Befahrens" und „Gelegentliches Befahrens" sowie nach 3 Radlasten (für 3 beispielhaft gewählte Fahrzeugarten) unterschieden.
Empfehlungen zur Dickenfestlegung von Platten aus Beton
Zunächst einmal sind die folgenden Empfehlungen grundsätzlich und unabhängig von der Häufigkeit des Befahrens und den auftretenden Radlasten zu beachten:
- Platten aus Beton für befahrene Verkehrsflächen müssen mindestens eine Nenndicke von 80 mm aufweisen. Einzige Ausnahme: Wird der Plattenbelag nur selten befahren und beträgt dabei die Radlast höchstens 0,78 t, können auch Platten mit einer Nenndicke von 60 mm und einer Kantenlänge von unter 400 mm verwendet werden. Platten mit einer Nenndicke von weniger als 60 mm sind von Kraftfahrzeugen gänzlich frei zu halten.
- Sollen Platten mit unterschiedlichen Abmessungen für zusammenhängende Flächenbefestigungen eingesetzt werden, ist
a) für alle Platten der betreffenden Fläche die gleiche Nenndicke zu wählen und
b) diese Nenndicke anhand der Platte mit dem ungünstigsten Seitenverhältnis von Länge zu Breite festzulegen. - Werden bei Verkehrsflächen, z. B. bei solchen mit einem hohen gestalterischen Anspruch, Plattenbeläge unterschiedlicher Dicke im gleichen Raster oder in einem Rastersystem geplant, sind die Anforderungen an die ggf. unterschiedlichen Fugenbreiten zu beachten, da dies unmittelbare Auswirkungen auf die entsprechend auszuschreibenden Plattenformate hat. Platten mit Nenndicken unter 120 mm sind mit 3 bis 5 mm breiten Fugen, Platten mit Nenndicken ab 120 mm mit 5 bis 8 mm breiten Fugen zu verlegen.
Die darin empfohlenen Mindest-Nenndicken basieren auf Berechnungen von Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Kaliske, Technische Universität Dresden. Sie gelten für Platten aus Beton mit einer Biegezugfestigkeit von mindestens 5,0 N/mm². Dabei wurden eine Tragfähigkeit der Unterlage (ungebundene Tragschicht) von Ev2 = 120 MN/m² sowie die üblicherweise auftretenden Beanspruchungen von befahrenen Verkehrsflächen berücksichtigt, z. B. durch die Zugrundelegung von Sicherheitsbeiwerten für Überladung und fahrdynamische Einflüsse.
Quelle:
"Planungsleitfaden - Plattenbeläge aus Beton für befahrene Verkehrsflächen"
Herausgeber: Betonverband Straße, Landschaft, Garten e.V. (SLG), Bonn in Zusammenarbeit mit der BetonMarketing Deutschland GmbH, Erkrath
Autor: Dipl.-Ing. Dietmar Ulonska, Betonverband Straße, Landschaft, Garten e.V. (SLG), Bonn 2013