Moderner Flughafenbau Entwurf~ Dimensionierung und Bauausführung von Landebahnen und sonstigen Verkehrsflächen Von Friedrich Kohl Dipl.-Ing., T. H. Wien Mit 101 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH Alle Rechte, insbesondere das der übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege (Photo kopie, Mikrokopie) zu vervielfältigen. ISBN 978-3-642-52944-3 ISBN 978-3-642-52943-6 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-52943-6 @ by Springer-Verlag Berlin Reidelberg 1956 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag ORG., BerlinlGöttingenIHeidelberg 1956 Vorwort. Mit der stürmischen Entwicklung der Luftfahrt in den letzten Jahren hat auch die Bautechnik Schritt halten müssen und vor allem in Amerika und West europa eine neue Technik ausgebildet, die sich mehr und mehr von der ursprüng lich geübten Straßenbautechnik entfernt. Das Ziel dieser Arbeit ist der Versuch, den Stand dieser Technik auf Grund der zahlreich erschienenen Einzeldarstellungen und Veröffentlichungen in der deutschen und fremdsprachigen Literatur einmal sinngemäß unter Zuhilfenahme der auf zahlreichen Baustellen gemachten Erfahrungen zu ordnen und zusammen zustellen. Kritik und alle Anregungen, die der Ergänzung der vorliegenden Ar beit dienen, werden daher vom Verfasser dankbar angenommen. Da der moderne Flughafenbau die Lösung einer Unmenge von Fragen an den Projektanten und die Ausführenden heranträgt, sei bewußt von allen nicht das Bauwesen berührenden Fragen Abstand genommen. Ebenso ist nicht auf die Ausbildung der Hochbauten wie Flugbahnhöfe, Hangars usw. näher eingegangen worden, da sie den jeweiligen besonderen Umständen wie Lage, Größe, Klima und Zweck zu entsprechen haben und es auf diesem Gebiet daher noch keine Vereinheitlichung gibt. Das Buch erhebt also nicht den Anspruch auf Vollständigkeit, um so mehr als ja die Entwicklung in vollem Fluß ist. Es will jedoch allen jenen nützlich sein, die mit dem Aufbau der Luftfahrt und der Anlage neuer Basen befaßt sind und somit eine empfindliche Lücke in der technischen Fachliteratur schließen . . Es ist dem Verfasser ein aufrichtiges Bedürfnis, folgenden Personen seinen besonderen Dank für die zur Verfügung gestellten Unterlagen auszusprechen: Herrn HENRI BOUZIN, Industrieller, Brüssel. Herrn Dr. NORMAN W. McLEoD, Engineering Consultant, Department of Transport, Ottawa (Kanada). Herrn WARREN E. YOUNG, Department of the Navy, Bureau of Yards and Docks, Washington. Herrn S. G. COOPER, Information Officer, International Civii Aviation Organi- sation (OACL), Montreal (Kanada). Herrn A. O. SANDERSON, Press Officer, Ministry of Civil Aviation, London. Herrn J ANSEN, Generaldirektor des belgischen Flugverkehrs. Den Firmen Boeing, Convair, Lockheed, De Havilland, Bristol, United Aircraft Corp., Caterpillar, Blackwood Hodge (Euclid) und mehreren anderen danke ich für die Hergabe von Bildern und anderen Unterlagen. Meiner Frau, Dr. EDITH KOHL, danke ich für ihre Mitarbeit, dem Springer Verlag für die sorgfältige Ausstattung. Brüssel, am 16. Jan. 1956. F. Kohl. Inhaltsverzeichnis. :,leite Einführung 1 1 Allgemeines über Anlage, Abmessungen und Verkehrslasten von Flug- häfen . . . . . . . . . . . . . 3 2 Charakteristik der Flughäfen. 4 2.1 Start- und Landebahnen. . . 4 2.1.1 Anzahl und Orientierung 4 2.1.2 Länge und Breite der Pisten 5 2.1.3 Neigung der Pisten. 7 2.1.4 Verkehrslasten . . . . . . . 7 2.2 Rollfelder. . . . . . . . . . . . 7 2.3 Bremsverlängerung der Startbahnen (Ausrollänge) 10 2.4 Rollbahnen, Verkehrsfläehen . . . . . . . . . . 10 2.5 Flugzeugabstellplätze, Abfertigungsvorfelder usw. . 11 2.6 Allgemeine Gesamtsituation (Bautenschutzbereich) 11 2.7 Hochbauten, Installationen, Flugsicherung. . . . 13 3 Besonderer Einfluß der Düsenflugzeuge auf Anlage und Ausrüstung von Landflughäfen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.1 Beanspruchung der Beläge von Betriebsflächen .. . . . . . 19 3.1.1 Beanspruchung durch Hitze und Rückstoß (Düsenstrahl) . 20 3.1.2 Der Auswurf heißen Treibstoffes. 23 3.2 Länge der Pisten . . . . . . . . . . . . . . 24 3.3 Verkehrsflächen . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.4 Flugzeugabstellplätze, Ausweichen, Warteplätze . 26 3.5 Lärm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.6 Signalisation für Verkehr am Boden, Diverses. 28 4 Bereehnungsmethoden der Tragfähigkeit von starren Belägen für Start- und Landebahnen. . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.2 Praktische Anwendung der Methode WESTERGAARD. 31 4.2.1 Bodenkonstante k (Bettungsziffer) 34 4.2.2 Kritik der Versuches. . . . . 35 4.2.3 Die Benützung der Diagramme 35 4.2.4 Temperaturspannungen 36 4.3 Anzahl der Lastspiele . 38 4.4 Sonstige Spannungen . 39 4.5 Fugen in Betondecken . 40 4.6 Dübel . . . . . . . . 41 4.7 Bemessung von Bewehrungen 41 4.8 Randverstärkungen . . . . . 42 4.9 Betonfestigkeit . . . . . . . 42 4.10 Doppelte Platten (zweischichtige Bauweise) 42 4.11 Färbung . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Inhaltsverzeichnis. V Seite 4.12 Fugeneinlagen . 43 4.13 Luftbeton . . 44 4.14 Spannbeton 44 5 Flexible Beläge 45 5.1 Tragfähigkeitsversuch CBR. 45 5.2 Beispiele . . . . . . . . . 51 5.3 Methode Dr. McLEoD . . . 52 5.4 Methode P ALMER und BARBER 53 5.5 Nord-Dakota Kegelmethode . . 54 5.6 HousELs Methode. . . . . . 54 5.7 Methode HOGG und BURMISTER 54 5.8 HVEEM Methode (California) .. 54 5.9 Methode LCN. . ...... . 55 5.10 Decken von beschränkter Lebensdauer 56 5.11 Landeteppiche - Stahlroste 57 5.12 Andere Beläge 57 6 Bodenvermörtelung . 59 7 Projektierung ... . 60 8 Entwässerung ... . 64 9 Verhütung von Frostschäden. 69 9.1 Begriffsbestimmungen . 69 9.2 Arten des Bodenfrostes 69 9.3 Schutzmaßnahmen 70 10 Der Boden als Baustoff - Verdichtungsgeräte 72 10.1 Der Proktorversuch .... 72 10.2 Andere Bodenprüfverfahren . 76 10.3 Der Gruppenindex 80 10.4 Schaffußwalzen . . . . . . 80 10.5 Gummiradwalzen . . . . . 83 10.6 Transportmittelverdichtung . 85 10.7 Andere Verdichtungsmittel . 86 11 Erdbaugeräte und Erdtransportmittel 86 11.1 Sattelschlepper, Bottomdllmpers 87 11.2 Autoschütter ........... . 88 11.3 Lastkraftwagen mit automatischem Kipper für Erdtransport 89 11.4 Scraper und Motorscraper 90 11.5 Lader .............. . 96 11.6 Aufreißer. . . . . . . . . . . . . . 98 11.7 Geräte für kontinuierliche Transporte . 98 11.8 Diverses . . . . . . . . . . . . 100 12 Die Ausführung der Betondecken. 100 12.1 Fundierung ..... . 100 12.2 Herstellung der Decken ... 102 12.2.1 Papier . . . . . . . . 102 12.2.2 Betonzusammensetzung 102 12.2.3 Fugen . . . . 104 13 Asphaltbetondecken 107 14 Statistik und Diverses 110 15 Hubschrauber und Heliports 113 Schrifttumsverzeichnis . 123 Sachverzeichnis .... 128 Einführung. Solange das Gewicht der Flugzeuge sich in der Größenordnung eines Autos (Lastkraftwagens) hielt und damit die auf den Boden übertragenen Beanspru chungen von ähnlicher Größe waren, haben zum Starten und Landen ebene Grün flächen oder für Schlechtwetter, wenig befestigte Bahnen genügt. Das Auf kommen schwerer Flugzeuge, erhöhter Geschwindigkeiten, Vergrößerung der Verkehrsdichte und der dadurch nötige Aufwand zur Erhaltung der Grasnarbe, führten zur Anlage mehrerer oder oft nur einer einzigen Hauptlande- und Start bahn mit tragfähigem Belag in der noch heute üblichen Form nach den Erfah rungen des Straßenbaues. Erst nach dem Aufkommen von Startraketen und Reaktionsmotoren mit ihrem Ausstoß enorm heißer Verbrennungsgase und flüssigen, oft noch brennenden Treibstoffes auf die Belagoberfläche, wurden Anforderungen an diese Fahrbahn decken gestellt, die im Straßenbau unbekannt sind. Ebenso wuchsen die Rad lasten auf Größen von 75 t pro Fahrwerk und die Gesamtgewichte der Flugzeuge beginnen sich denen der schwersten Lokomotiven zu nähern (180 t). Die Rückwirkung auf die Anlage der Flughäfen war die Ausbildung folgender Einrichtungen: A. Zum Landen und Starten: Landebahn, Startbahn, Abfertigungsvorfelder, Kontrollturm, Wetterwarte, Leuchtturm, Einrichtungen für Beleuchtung, Be feuerung, Peilfunk, Radar und Radio. B. Zur Instandhaltuny (Wartung) des fliegenden Materials: Rollbahnen, Rolle felder, Flugzeugabstellplätze, Hangars, Montagehallen, Werkstätten. C. Zur Versorgung des fliegenden Materials: Tankstellen für Treibstoff pipelines-Behälter, Tankstellen für Öl-Behälter, Versorgung mit elektrischem Strom, Druckluft, Schmiermitteln usw. D. Für den Personaldienst: Verwaltungsgebäude für technisches und ad ministratives Personal, Wohngebäude. E. Für die Benützer des Flughafens: Abfertigungsgebäude für Reisende und :Frachten, Restaurant, Zollabfertigung, Straßen- und Bahnanschluß, Post, Tele phon, Telegraph usw. Im Prinzip gibt es 5 Arten von Landflughäfen : a) Flughäfen mit parallelen Pisten [120] (Abb. 1): Roffbulin Abh.l. Beispiel: Militärbasen in Spanien. Leopoldvllle (Belg. Kongo), Bamako (Franz. Westafrika) s. Ahb. 59, Phalsbourg-Bourscheid (Frankr.) s. Abb. 57. Kohl, Moderner Flughafenbau. 1 2 Einführung. b) Flughäfen mit Pisten in sternförmiger Anordnung um den Mittelpunkt (Abb.2): c:::::=t=+=~:::::J Slurl Abb.2. Beispiel: London Terminal Area s. Abb. 23 u. 24. c) Flughäfen mit tangentieller Anordnung der Pisten (Abb. 3): Abb.3. Beispiel: New York-Idlewild s. Abb. 58. d) Flughäfen mit sich schneidenden Pisten: (Abb. 4). Abb.4. Beispiel: Winnipeg Airport (Kanada) s. Abb. 96, Montreal Airport s. Abb. 97. e) Heliports (Flughäfen für Hubschrauberverkehr und andere Flugmaschinen mit Vertikalstart, z. B. XFY-1 Convair) s. Abb. 94. Die Breiten und Längen der Start-und Landebahnen, Rollbahnen, Rollfelder, Sicherheitszonen, Quer- und Längsgefälle, sowie der ganze übrige Aufbau der Bodenorganisation sind Gegenstand internationaler Empfehlungen der "Organi sation de l'aviation Internationale" (OACI.). Die grundlegenden Bestimmungen, die in französisch, englisch und spanisch veröffentlicht werden, seien hier auszugsweise wiedergegeben, da sie die Basis aller neuen Projekte bilden (OACI., Annexe 14). 1 Allgemeines über Anlage, Abmessungen und Verkehrslasten von Flughäfen. (Nach den internationalen Empfehlungen der OACI.) [1]. Die Landflughäfen werden nach der Grundlänge ihrer Pisten (Start- und Landebahnen) mit den Buchstaben Abis G in Klassen (s. Tab. 1) eingeteilt, wobei unter Piste rechteckige Bahnen zu' verstehen sind, deren Anlage so Tabelle 1. wohl das Starten als auch das Landen Grundlänge Klasse In Fuß von Flugzeugen auf ihrer gesamten der Piste In m Länge erlaubt. Außer einem dieser Buchstaben, A 2550u. mehr 8400 u. mehr B 2150"'2550 7000"'8400 der die Klasse des betreffenden Flug C 1800"'2150 5900"'7000 hafens angibt, findet man noch eine D 1500"'1800 5000"'5900 Indexziffer nach Tab. 2, die den größ E 1280"'1500 4200"'5000 ten zulässigen Reifendruck sowie den F 1080"'1280 3500"'4200 G 900"'1080 3000"'3500 größtzulässigen Raddruck angibt. Das englische Luftfahrtministerium hat eine ähnliche Einteilung aufgestellt, wobei eine Landebahn durch einen mathematischen Bruch bezeichnet wird. Der Zähler gibt die Länge der Landebahn an, der Nenner die Radlast und damit den Reifendruck. Jeder ankommende Flugzeugführer kann also jede Landebahn Tabelle 2. Inilex- I, Lagt pro Einzelrad in ii enRtespifreencdhreuncdke r ziffer I t ;1000 Pfund i kg/cm'. IP fund!Z oll' I 1 45 I 100 8,5 120 2 35 75 7,0 100 3 27 60 7,0 100 4 20 45 7,0 100 5 13 30 6,0 85 6 7 15 5,0 70 7 2 5 2,5 35 mit einer höheren als für seine Maschine zutreffenden Bezeichnung, bedenkenlos zum Landen benützen. Die Franzosen stellen eine Einteilung auf (Tab. 3), bei der Klasse, Gewicht des Flugzeuges und Landebahnlänge sinngemäß vereinigt sind: 1* 4 Charakteristik der Flughäfen. Tabelle 3. I Klasse gMewaix~ihmta li-n Zweck Rderiufcekn · Landebahnlänge I NReioglulfnegld d· er kg!cm' , seitenflächen A 135 Regulärer Transport 10 2100-2500-3000 2% auf große Distanz I >1500 km I I B 60 Regulärer Transport 7 1500-1800-2100 I 2% auf mittlere und kurze Entfernung C 20 Reiseflugverkehr nach ;) '800-1000-1200 3% Bedarf D 5 Reiseflug., Trainings·, 3 600-80U -1% Sport. Segelflug. gelände 2 Charakteristik der Flughäfen. Nach den Empfehlungen der OACI. ist beim Festlegen des Terrains für einen anzulegenden Flughafen seine spätere evtl. Vergrößerung in Betracht zu ziehen, da diese sonst unter Umständen durch örtliche Gegebenheiten unmöglich oder mit zu hohen Kosten verbunden ist. 2.1 Start- und Landebahnen (Pisten). 2.1.1 Anzahl und Orientierung. Für beide ist das Windhäufigkeitsdiagramm maßgebend. Es wird empfohlen, die Orientierung einer oder mehrerer Start- und Landebahnen so vorzunehmen, daß während einer möglichst langen Zeitdauer (die nicht kürzer als 95% eines Jahres sein darf) das Landen und Starten der Flugzeuge für die der Flughafen projektiert wurde, ermöglicht wird. Für Pisten von 1500 m und mehr sind größere Seitenwindgeschwindigkeiten als 20 Knoten (1 Knoten = 0,5145 mjsek) für Landen und Starten als unzulässig anzunehmen. Dieser Wert ermäßigt sich auf 13 Knoten (6.68 mjsek) für Pisten von 1500 .. ·900 m Länge. Die Beobachtungs dauer der Windgeschwindigkeit ist während mindestens 5 Jahren mit 8 Messungen pro Tag erforderlich. Die Erfahrung zeigt, daß in vielen Fällen eine einzige Richtung genügen kann (z. B. Nancy, Frankreich, sowie 10 neue Flugplätze in Belgien, Leopoldville im Belg. Kongo usw.). Dies um so mehr, als Flugzeuge, deren Fahrgestelle mit einem Drehring ausgerüstet sind, tatsächlich die Möglich keit haben, bei jedem auftretenden Querwind eine bestehende Landebahn zu benützen (Bomber B-52). Zur Ermittlung der Lage und Richtung der Lande bahn bedient man sich der Windrose. Diese Windrose erhält man, indem man die Häufigkeit der Windgeschwindig keiten zwischen 0,3 und 10 mJsek auf 8 Richtungen reduziert, die miteinander je 45° einschließen. Auf diesen Achsen trägt man die also entsprechenden Längen für die Anzahl der jeweiligen Zeitabschnitte auf, die den Winden von 0,3 bis 10 mJsek in den betreffenden Richtungen während der Zeitdauer eines Jahres entsprechen. Allgemein kann man eine Richtung als benützbar bezeichnen, wenn sie mit dem gerade herrschenden Wind einen kleineren Winkel als 22° 30' ein- Länge und Breite der Pisten. 5 schließt. Häufig zeigt die so konstruierte Windrose eine fast ständig herrschende Hauptwindrichtung auf, seltener 1 oder 2 Nebenwindrichtungen, die zur Anlage von Nebenlandebahnen von meist geringer Länge zwingen. Zusammenfassend sind folgende Daten von Einfluß: a) die Regelmäßigkeit des Verkehrs, b) zulässige Seitenwindgeschwindigkeit, c) Art, Dauer und Richtung etwaiger Böen, d) Wirbelbildungen, e) Verfügbarkeit von Ausweichflughäfen(Hilfslandeplätzen), f) allgemeine Windbeobachtung bei Nebel und behinderter Sicht, g) Länge und Breite der Piste, h) Zustand der Piste (Schnee, Eis, Regen ~ährend eines Jahres), i) größte auftretende Windgeschwindigkeiten, j) Seehöhe des Flughafens, k) Luftfeuchtigkeit, I) Temperaturverhältnisse, m) Dauer von Sichtbehinderungen (Nebel). 2.1.2 Länge und Breite der Pisten (s. Abb. 5 u. 6). Die Länge einer bestimmten Piste ergibt sich aus folgendem Kriterium: das für den Flughafen ausschlaggebende Flugzeug befinde sich im Punkte A. Der v, Ilindernis beseitigung Pi. A ll1nderfismnz I . benlltzbare Londerlisfonz 11) Storhlislonz Boden kn'ltk/ ~------O~k~~w~#o#------~~ '-------benllfzborr? Stortdisfonz-------JJ Abb. 5. Situation der krit. Distanzen zur Ermittlung der Startbahnlängen [1]. Pilot gibt nun Vollgas, beschleunigt Tabelle 4. (Zu Abb. 5.) und erreicht im Punkte C seine Start Piste tür SIchtlandung geschwindigkeit VI' In diesem Moment Blindflugpiste Buchstabe der Klasse (Landebahn) des Flughafen ist der Ausfall des seiner Leistung nach A,B,C D,E,F,G wichtigsten Motors anzunehmen. Der ab = 300m 210m 150m Pilot kann nun entweder bremsen, bis cd = 1200m 750m 750m das Flugzeug im Punkte X zum Still stand kommt, oder die Beschleunigung fortsetzen bis zum Punkte Y, wo er mit der Sicherheitsgeschwindigkeit V 2 startet und 15 m Höhe vor Überfliegen des Endes der Startbahnverlängerung erreicht haben muß. Für die Länge der befestigten Startbahn ist also die Länge A - X maßgebend, wobei der