Untersuchungen zur Frosteindringung in den Straßenaufbau

Der Frostindex gibt die Strenge der Frostperiode bzw. Kälteperiode an. Er ist als Differenz zwischen Maximum und Minimum der Temperatursummenkurve einer Kälteperiode definiert. Eine Frostperiode ist die Zeitspanne, in der die mittlere Tagestemperatur immer kleiner Null ist. Die Kälteperiode ist als Zeitraum mehrerer aufeinander folgender Frostperioden definiert. Zwischen den einzelnen Frostperiode darf es zu keinem durchgreifenden Auftauen kommen (siehe Abbildung 4.1). In Deutschland und Österreich werden Frostperioden dann als zusammenhängend angesehen, wenn sie nicht durch mehr als zwei aufeinanderfolgende Plusgradtage unterbrochen werden. Im Gegensatz dazu gibt es in Frankreich und in Holland als Kriterium für die Dauer einer Frostperiode einen Tauindex (TI). Dieser Tauindex ergibt sich als Summe der mittleren Tagestemperaturen während einer Tauperiode. Sollte der TI zwischen zwei Frostperioden größer als der FI der vorangegangen sein, dann müssen sie als zwei getrennte betrachtet werden. [...]

Die Geschwindigkeit und die Tiefe der Frosteindringung wird insbesonders von der Ganglinie der Luft- bzw. Oberflächentemperatur der Straße beeinflusst. Für Berechnungen zur Frosteindringung wird üblicherweise die Lufttemperatur der Oberflächentemperatur gleichgesetzt, obwohl genaugenommen diese nicht mit der Straßenoberfläche übereinstimmt. Das Verhältnis der Lufttemperatur und der Oberflächentemperatur variiert bei Frosteinwirkung, je nach den vorherrschenden Wetterbedingungen. Einen sehr starken Einfluss haben die Strahlungsbedingungen, sowie die Wind- und die Schneeverhältnisse seitlich der Straße. Untersuchungen der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen in Deutschland geben das Verhältnis von Luft- zur Straßenoberflächentemperatur zwischen 0,6 und 1,0 an [5]. Aus Messungen an 8 deutschen Wetterstationen geht hervor, dass bei länger anhaltenden Kälteperioden mit einem Verhältnis TL : TO von 0,8 gerechnet werden kann. Demnach ist bei Frosteinwirkung die Temperatur an der Straßenoberfläche um rund 20% höher, als die der Luft. Die Oberflächentemperatur der Straße beeinflusst die thermophysikalischen Momentaneigenschaften der Straßenbaustoffe und damit auch die Frosteindringung in die Straßenbefestigung. [...]

In Deutschland sind Richtwerte für die Mindestdicke des frostsicheren Straßenaufbaus auf einem frostgefährdeten Untergrund festgelegt. Diese Mindestdicken sind in Abhängigkeit der örtlichen Randbedingungen wie Frosteinwirkungszone, Lage der Gradiente usw. zu erhöhen oder zu verringern. Eine ähnliche Überlegung stellten Litzka und Chlan für den Straßenbau in Österreich an [35]. Die Standardaufbauten für den Straßenoberbau gemäß RVS 3.63 sind unter Berücksichtigung der verminderten Untergrundtragfähigkeit in der Frühjahrstauperiode für mittlere klimatische Verhältnisse dimensioniert. Bei strengeren klimatischen Bedingungen sind bei frostempfindlichem Untergrund zur Vermeidung von Frost- und Tauschäden zusätzliche Maßnahmen erforderlich, wie eine Vergrößerung der Dicke des frostsicheren Straßenaufbaues (siehe Tabelle 3.17) [35]. Diese Überlegungen wurden jedoch bisher nicht in die österreichische Straßenbaurichtlinie aufgenommen. FI (°C⋅d) [...]