Schotterbett und Unterbau sind die Basis für die Fahrqualität des gleisgebundenen Verkehrs und sollten daher nicht vernachlässigt werden. Bei der Auswahl einer Bettungsdurcharbeitungs- oder -sanierungsmethode ist unbedingt darauf zu achten, daß diese technologisch korrekt arbeitet, eine ausgezeichnete Arbeitsqualität leistet und unter schwersten Arbeitsbedingungen angewendet werden kann.

Das Eisenbahnrad überträgt senkrechte und horizontale Kräfte auf das Gleis. Zusätzlich unterliegt das durchgehend verschweißte Eisenbahngleis noch Längskräften aufgrund von Temperaturveränderungen. Über die Schiene werden die Lasten auf die Schwellen und von diesen auf das Schotterbett übertragen. Das Schotterbett leitet die Kräfte weiter in den Untergrund ab.

Als Teil des Gesamtsystems Gleis hat das Schotterbett wichtige Funktionen zu erfüllen:

• gleichmäßige Verteilung der Radlasten auf den Unterbau durch eine gleichmäßige Übertragung des Schwellendruckes
• Gewährleistung der Gleiselastizität zur Verminderung der dynamischen Kräfte
• Sicherung der festen und unverrückbaren Lage der Schwellen - großer Widerstand gegen Längs- und Querverschiebungen der Schwellen
• leichte Wiederherstellung der Gleislage und Halten der bei der Gleisdurcharbeitung erzielten Gleisgeometrie
• gute Wasser- und Luftdurchlässigkeit zur Erhaltung der Tragfähigkeit des Untergrundes, der Sicherstellung einer langen Lebensdauer der Schwellen und zur Vermeidung von Frosthebungen

Diesen Forderungen an das Schotterbett kann nachgekommen werden durch:

• Wahl des Bettungsquerschnittes (Höhe und Breite)
• Wahl der Schotterqualität
• Güte der Verdichtung des Schotters

Um eine eine günstige Übertragung der Betriebslasten auf den Untergrund zu erzielen, ist eine möglichst große Bettungsdicke anzustreben. Als wirksame Bettungsdicke gilt nur das Maß zwischen Schwellenunterkante und Planum. Die Bettungsdicke muß so groß sein, daß sich die Druckverteilungslinien benachbarter Schwellen über der Unterbaukrone schneiden, da sonst der Untergrund zwischen den Schwellen hochgepreßt wird.

Die erforderliche Bettungsdicke ist abhängig:

• vom Schwellenabstand
• von der Schwellenbreite
• vom Reibungswinkel des Schotters

Bei Achslasten von 220 kN soll einem Schwellenabstand von 60 cm und einer Schwellenbreite von 28 cm die Bettungsdicke mindestens 30 cm betragen. Eine Dicke von 40 cm wird für Hochleistungsstrecken angestrebt.

Die Bettungsbreite beeinflußt den Verschiebewiderstand der Schwellen in der Schwellenlängsachse wesentlich. Der Verschiebewiderstand ist umso größer, je mehr Schotter vor den Schwellenköpfen gelagert ist.

Ein Schottervorkopf vor den Schwellen von 45 bis 50 cm ist wichtig; er liefert etwa ein Drittel des Querverschiebewiderstandes (ein Drittel bringt die Sohlenreibung, den Rest die Seitenreibung).

Allgemein

Die Güte des Gesamtsystems Gleis ist abhängig von der Güte der einzelnen Gleisbaustoffe und damit auch von der Qualität des Bettungsmaterials.

Das geeignetste Bettungsmaterial ist Schotter, das ist gebrochenes und gesiebtes Naturgestein.
Das Rohgestein für Oberbauschotter soll folgende Bedingungen erfüllen:

• Wetterbeständigkeit (sie wird im Frost-Tauversuch festgestellt)
• große Zähigkeit (sie wird in der Trommelmühle ermittelt)
• große Druckfestigkeit (sie wird durch Druck- und Schlagversuche festgestellt)
• keine Beimengungen von Lehm, Erde, o.ä.
• das Gestein soll würfelig und scharfkantig brechen

Am besten eignen sich Hartgesteine, die diesen genannten Forderungen entsprechen, wie Basalt, Diabas oder Granit. Weichgesteine wie Kalk, Dolomit, Sedimentgestein oder ähnliches sind zumeist weniger brauchbar.

Gebrochener Schotter

Der Schotter soll dem Verwendungszweck entsprechen bezüglich

Korngröße und Kornverteilung nach Siebkurve
Kornform (kubisch, plattig, länglich)
Unterkorn und Überkorn (zumeist werden 5 % toleriert)

Allgemein üblich ist die Verwendung von gebrochenem Schotter in der Größe von 25 bis 60 mm für Hauptgleise und 15 bis 30 mm für Nebengleise.
In Rangiergleisen hilft der kleinere Schotter Unfälle zu vermeiden.

Rundschotter

Rundschotter (Kies) wird in gesteinsarmen Ländern, teilweise auch gebrochen, verwendet.
Er besitzt keine Verzahnung und erbringt daher einen kleineren Querverschiebewiderstand; außerdem neigt er zu größeren Kornumlagerungen, daher sind Setzungen größer als in Gleisen mit gebrochenem Schotter.

Schotter in Säcken

Versuche Kleinschotter in Kunststoffsäcke zu füllen und zu komprimieren, haben ergeben, daß die Setzungen der Füllung, insbesondere mit Kleinmaterial von 5 bis 7 mm Größe relativ groß sind.
Außerdem ist eine Gleislageberichtigung schlecht ausführbar. Man hat daher von weiteren Versuchen Abstand genommen.

Prüfverfahren der Gesteinsqualität

Die Eisenbahnen beziehen aus wirtschaftlichen Gründen ihren Schotter zumeist aus Steinbrüchen, welche Straßenbauschotter erzeugen. Daher werden in der Regel die vorhandenen Erfahrungen und Prüfungen anerkannt und nur die Körnungen des Schotters geringfügig abgeändert.

Die großen Bahnen haben ihre eigenen Prüfvorschriften und lassen die Prüfungen durch Materialprüfstellen durchführen.

1. Los Angeles Test (LA)

Dieser Test dient der Bestimmung der Bruchfestigkeit von Naturgestein.
Eine Probe in der Größenordnung von 10 kg wird in einem Zylinder, zusammen mit mehreren Stahlkugeln mit einer Geschwindigkeit von 33 U/min 1.000 mal um seine Achse gedreht. Die Probe wird nach Ablauf des Tests mit dem 1,6mm-Sieb gesiebt.

Der Los-Angeles-Wert wird ermittelt nach:

LA = m / M x 100%

m ... Gewicht der abgesiebten Fraktion
M ... Gewicht der Probe

2. Aggregate Impact Value (AIV)

Der Aggregate Impact Value AIV ist ein Maß für die Zertrümmerung einer Probe bei einer Schlagbelastung.
Die zu untersuchende Probe umfaßt eine oberflächentrockene Standardkörnung (10 bis 14 mm). Die Probe wird in ein zylinderförmiges Gefäß gebracht. Die dynamische Belastung erfolgt indem ein Standardgewicht (14 kg) fünfzehn mal aus einer Höhe von 380 mm auf die Probe fällt. Abgesiebt wird durch ein 2mm-Sieb.

Der AIV-Wert wird ermittelt nach:

LA = m / M x 100%

m ... Gewicht der abgesiebten Fraktion
M ... Gewicht der Probe

Der LA-Test ist mit dem AIV-Test über eine logarithmische Beziehung korreliert.

3. Deval Test

Der Deval-Test bestimmt die Abnutzungsfestigkeit von Steinmaterial.
Zur Feststellung der Absiebfestigkeit wird bei der SNCF und anderen Bahnen der Schotter in schräg liegende Zylinder (30) ø 200 mm, zusammen mit Stahlkugeln, gefüllt. Nach 10.000 Umdrehungen wird der Zylinderinhalt abgesiebt und begutachtet.
Die zu untersuchende Probe mit einer Körnung von 25/50 mm muß gewaschen und getrocknet ein Gewicht von 7 kg aufweisen. Die Probe wird nach dem Versuch mit dem 1,6 mm-Sieb abgesiebt.

Der Deval-Wert wird dann ermittelt durch:

DH = 2800 / n

Nicht nur die Schotterqualität und die Ausführung der Bettung sondern vor allem die Herstellung eines möglichst homogenen Schotterbettes ist für die Qualität des Gesamtsystems Gleis ausschlaggebend. Lagenweise Verdichtung und Stabilisierung führen zu einer Erhöhung der Lagestabilität des Gleises und einer Dauerhaftigkeit der Gleislage.