Messung von Schichtdicken im Straßenbau

EIn Dauerbrenner für uns waren auf jeder Baustelle die Nachweise der Schichtdicken. Unsere Erfahrungen zeigten, dass die nivellierten Absoluthöhen nicht immer das das Maß der Dinge sein konnten, besonders in Dammbereichen und wenn sich die Baustelle über einen längeren Zeitraum hinzog. Der als Download angebotene Beitrag behandelt das Thema weder erschöpfend noch abschließend, aber als Meinungsäußerung zu weiteren Diskussionen vielleicht verwendbar.

Schichtdickenmessung von gebundenen Schichten

1.  ZTV-Verm und Schichtdicken

Nach der Baubeschreibung für die „B 6n – BA x Streckenbau“ Seite 62 sind die Schichtdicken nach der ZTV-Verm zu ermitteln:

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Die ZTV-Verm beschreibt in der Ausgabe 2001 nicht ausdrücklich Verfahren zur Schichtdickenmessung. Der einzige Abschnitt, der Anwendung finden könnte, beschreibt die geforderten Genauigkeiten der verwendeten Messverfahren in Abhängigkeit von den zulässigen Abmaßen.

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Nach dem in der ZTV-Verm angeführten Beispiel

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ergibt sich für die Bestimmung der Deckenhöhen der  Wert von

Grenzabmaß      Maßtoleranz       Standardabweichung
    ±10mm              20mm                    4mm

Da zur Schichtdickenmessung 2 Messungen gehören, nämlich die Messung des unteren und des oberen Horizontes ergibt sich die resultierende Genauigkeit der Schichtdicke nach dem Fehlerfortpflanzungsgesetz mit

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Eine nach den Vorgaben der ZTV-Verm ermittelte Schichtdicke in einem Punkt darf also mit einem mittleren Fehler von 5,6mm behaftet sein. Damit ist dieses Verfahren für die Bestimmung einer einzelnen Schichtdicke nicht verwendbar. Ein so ermittelter Einzelwert der Schichtdicke dürfte nicht für die Festlegung von Abzügen wegen Mindereinbau verwendet werden.

Die Messgenauigkeit von 4mm wird im allgemeinen von den verwendeten Messgeräten (Tachymeter, Nivellier) leicht eingehalten. Die Gesamtgenauigkeit einer Messung, der Fehlerhaushalt, kann aber durch äußere Bedingungen den vorgegebenen Spielraum auch ausschöpfen. Insbesondere gehören dazu Witterungseinflüsse wie Regen und Schnee, Refraktionen durch Sonneneinstrahlung und Messung über heißen Flächen, Staub, Erschütterungen und Vibration durch Baumaschinen und Wind.

Anders als der Einzelwert sind die Ergebnisse der Gesamtmessung über einen Horizont sehr wohl verwendbar, da sie aus einer großen und damit vertrauenswürdigen Stichprobe ermittelt werden. Das heißt, die Mittelwerte der nach den Vorgaben der ZTV-Verm gemessenen Schichtdicken entsprechen mit einer hohen statistischen Sicherheit dem wahren Wert (mit den Einschränkungen aus dem nächsten Abschnitt). Mathematisch wird dieser Sachverhalt durch das Gesetz der großen Zahl ausgedrückt, der das Prinzip widerspiegelt, dass man „Klasse durch Masse ersetzen“ kann. Oder, anders ausgedrückt, man kann wenige genaue Messungen auch durch viele ungenauere Messungen ersetzen und umgekehrt, sofern, und das ist die wichtigste Einschränkung, keine der Messungen mit systematischen Fehlern behaftet ist. Die Summe der Fehlereinflüsse muss also unabhängig von ihrer Größe „0“ sein, sie dürfen das Ergebnis nicht in eine bestimmte Richtung beeinflussen. Ein einfacher systematischer Fehler wäre z.B., wenn EIN Horizont mit einem Lotstab gemessen wurde, der 5mm zu kurz ist. Dieser Horizont wäre somit 5mm zu tief gemessen und die Auswertung würde die unten liegende Schicht 5mm zu dünn und die darüber liegende Schicht 5mm zu dick ausweisen.

Als logische Folge der vorstehenden Ausführungen sollten für den Nachweis der Schichtdicken in einzelnen Punkten solche Verfahren gewählt werden, die die Schichtdicke mit annähernd 1mm Standardabweichung bestimmen können. Der erhöhte Aufwand für solche genaueren Messungen wäre teilweise dadurch kompensiert, dass für die sichere Bestimmung der mittleren Dicke entsprechend weniger Messungen ausreichen.

2.  Setzungen und Bezugshorizont

In der Baubeschreibung wird eingeräumt, dass im Bereich 13+000 bis Bauende Terrainsenkungen auftreten können und deshalb „ausnahmsweise“ die elektromagnetische Schichtdickenmessung eingesetzt werden darf. Es sollte eigentlich formuliert werden, dass das Messverfahren in allen Gebieten anzuwenden ist, in denen Senkungen und Setzungen nicht auszuschließen sind.

Unsere bisherigen Erfahrungen haben ergeben, dass in allen Bereichen einer Tiefbaustelle Setzungen auftreten können. Wir haben bisher noch nie Hebungen von Gelände und Absteckungen feststellen können - angefangen bei

  • alten Absteckungen, die bei nachfolgenden Kontrollen immer tiefer lagen als zum Zeitpunkt ihrer Absteckung
  • bei allen Setzungsmessungen an Brücken
  • bis zu gezielten Messungen zum Nachweis von Setzungen an Streckenbauwerken (auch bei Rammungen).

Besondere Bedeutung haben die Setzungen für den Schichtdickennachweis mittels Nivellement, weil alle Messungen sich auf ein außerhalb des Baukörpers liegendes Festpunktfeld beziehen, welches von Setzungserscheinungen des Baukörpers nicht betroffen ist. Und jede auch noch so kleine Setzung geht zu Lasten der Einbaufirma, weil bei der Schichtdickenmessung entweder eine zu geringe Schichtdicke festgestellt wird, oder die Absteckung nach längerer Liegezeit kontrolliert und auf Sollhöhe wiederhergestellt werden muss.

„Bei gering verdichtet eingebauten bindigen Böden können durchaus Sackungen von mehr als 10 % der Schütthöhe auftreten, aber auch bei gut verdichteten Erdbauwerken ist eine Verformung von 0,5 %, das sind 5 mm je Meter Höhe ein realistisches Maß.“
[Boden als Baustoff, Zentrum Geotechnik, Autor hat sich nicht geoutet]

Sicher sind die Setzungen geringer in Einschnittbereichen mit hochwertigem und gut verdichtetem Material im Unterbau und am größten in hohen Dammbereichen mit F1-Material im Dammkörper.

Aber sie sind eben nicht auszuschließen!

Selbst eine Proctordichte von 100% bei vorgegebenen 95% ist keine Garantie für eine nicht mögliche Nachverdichtung. Die 100% beziehen sich nur auf die im genormten Proctorversuch zugeführte Verdichtungsenergie. Im realen Betrieb können wesentlich höhere Verdichtungen auftreten.

Gerade im Bauabschnitt x der B 6n wurden umfangreiche Messungen mit Setzungspegeln und Inklinometern über einen langen Zeitraum ausgeführt, die nachweisen, dass Setzungen

  1. auch im Baugrund (und nicht nur auf der Dammkrone) und
  2. in eigentlich nicht setzungsgefährdeten Bereichen

auftreten.

Es sollte also für den Schichtdickennachweis ein Messverfahren gewählt werden, dessen Ergebnisse unabhängig vom Setzungsverhalten des Baukörpers und des Untergrunds ist. Messverfahren, die auf dem Vergleich von Absoluthöhen verschiedener Schichten aus verschiedenen Epochen beruhen, sollten ausgeschlossen werden. Denn schließlich erhält der Auftraggeber bei auftragsgemäßen Schichtdicken und absoluter Höhenlage innerhalb der zulässigen Toleranzen genau das, was er will und auch bezahlt: eine Straße mit der geplanten Bauklasse und Lebensdauer.

Bruno Timme

Magdeburg, Juli 2010